壓力傳感器在擠出機(jī)械中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息處理技術(shù)再不斷發(fā)展完善。但作為提供信息的傳感器，它的發(fā)展相對(duì)于計(jì)算機(jī)的信息處理功能來說就落后了。這使得自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)受到影響，而檢測(cè)技術(shù)是人類認(rèn)識(shí)世界和改造科技不可少的重要手段。現(xiàn)代測(cè)量檢測(cè)技術(shù)對(duì)傳感器的性能要求越來越高。不同的工作環(huán)境以及，不同的測(cè)量介質(zhì)對(duì)傳感器的要求也不同。高溫熔體壓力傳感器是以電阻應(yīng)變片壓力原理為基礎(chǔ)的，一款比較典型的壓力傳感器。主要應(yīng)用于化纖行業(yè)，擠出行業(yè)，高溫環(huán)境下測(cè)量壓力的產(chǎn)品。本文以熔體壓力傳感器在擠出行業(yè)中的應(yīng)用為實(shí)例，為大家講述。

關(guān)鍵詞：

        壓力傳感器，熔體壓力傳感器，擠出機(jī)械

引言

   傳感器技術(shù)再當(dāng)代科技領(lǐng)域中占有十分重要的地位，是21世紀(jì)人們?cè)?發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一個(gè)制高點(diǎn)，在國(guó)外各發(fā)達(dá)國(guó)家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代*發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代起，日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高打撈技術(shù)，美國(guó)等西方國(guó)家也將傳感器的基本知識(shí)列為國(guó)家科技和國(guó)防技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)前，世界上正面臨著一場(chǎng)新的技術(shù)革命，這場(chǎng)革命的主要基礎(chǔ)就是信息技術(shù)。信息技術(shù)的發(fā)展給人類社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門及各個(gè)領(lǐng)域都帶來了巨大的，廣泛的，深刻的變化，是當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展的請(qǐng)打動(dòng)力。并且正在改變著傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)方式，帶動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)和其他新興產(chǎn)業(yè)的更新和變革。無論是在工業(yè)領(lǐng)域，軍事領(lǐng)域，航天領(lǐng)域，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目都離不開傳感器。而壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中常用的一種傳感器，我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓力效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)原理制造而成的。

壓力傳感器概述

1、力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器，半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器，壓阻式壓力傳感器，電感式壓力傳感器，電容式壓力傳感器，諧振式壓力傳感器及電容式和加速度傳感器等。在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘合劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻止發(fā)生變化，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻止通常變化較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)                                                                         2、電阻應(yīng)變片的工作原理

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω，cm2/m）

       S——導(dǎo)體的截面積（cm2）

       L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m）

3、陶瓷壓力傳感器原理

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性·與激勵(lì)電壓也成正比的

電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

4、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理

工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用與傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

5、藍(lán)寶石壓力傳感器

利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有的計(jì)量特性如圖7。

6、壓電壓力傳感器原理

壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，點(diǎn)介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電式壓力傳感器的種類和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力結(jié)構(gòu)的形勢(shì)可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體，膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與成一定關(guān)系的電信號(hào)。壓電傳感器中主要使用的壓電材料有石英，酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一支存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)*消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著壓力的變化電場(chǎng)變化微小（也就是說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代如圖5。

熔體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)及原理

高溫熔體壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于應(yīng)變片的電阻值會(huì)隨其感受的溫度變化而變化，因此，不能將應(yīng)變片直接粘貼于感壓膜片上。高溫熔體壓力傳感器是將組成橋路的四個(gè)應(yīng)變片按圓形膜片受壓應(yīng)變?cè)碚迟N于毛細(xì)管另一端的膜片上，其電連接方法如圖2所示。測(cè)量時(shí)，熔體壓迫感壓膜片，通過傳壓液體將壓力傳送到另一端的膜片上，膜片產(chǎn)生形變，粘貼于上的應(yīng)變片，R1、R3阻值增大，R2、R4阻值減小。設(shè)計(jì)時(shí)，使R1=R2=R3=R4=R，并且4個(gè)電阻產(chǎn)生的應(yīng)變量相同，均為。則其橋路的輸出為=，與為*線性關(guān)系。

總的來說熔體壓力傳感器的原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，石墨片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)如圖2。

熔體壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

熔體壓力傳感器主要用于高溫條件下熔融物質(zhì)的壓力測(cè)量與控制。熔體壓力傳感器廣泛應(yīng)用于化纖，塑料，紡絲，聚酯，橡塑，擠出機(jī)械等設(shè)備的高溫流體介質(zhì)的壓力測(cè)量與控制如圖3所示。而它的設(shè)計(jì)原則是敏感元件彈性體及應(yīng)變計(jì)不直接感受溫度，而只感受熔體壓力，中間通過一個(gè)過渡部分將溫度隔開，將壓力連接起來，這樣達(dá)到傳感器在高溫下使用的目的。而傳感器結(jié)構(gòu)采用特殊焊接而成如圖1，這樣可牢靠的保護(hù)探頭部分因熔體而影響測(cè)量精度。