壓力傳感器在擠出機械中的應用

隨著計算機技術的不斷發展，信息處理技術再不斷發展完善。但作為提供信息的傳感器，它的發展相對于計算機的信息處理功能來說就落后了。這使得自動檢測技術受到影響，而檢測技術是人類認識世界和改造科技不可少的重要手段。現代測量檢測技術對傳感器的性能要求越來越高。不同的工作環境以及，不同的測量介質對傳感器的要求也不同。高溫熔體壓力傳感器是以電阻應變片壓力原理為基礎的，一款比較典型的壓力傳感器。主要應用于化纖行業，擠出行業，高溫環境下測量壓力的產品。本文以熔體壓力傳感器在擠出行業中的應用為實例，為大家講述。

關鍵詞：

        壓力傳感器，熔體壓力傳感器，擠出機械

引言

   傳感器技術再當代科技領域中占有十分重要的地位，是21世紀人們在*發展方面爭奪的一個制高點，在國外各發達國家都將傳感器技術視為現代*發展的關鍵。從20世紀80年代起，日本就將傳感器技術列為優先發展的高打撈技術，美國等西方國家也將傳感器的基本知識列為國家科技和國防技術發展的重點內容。當前，世界上正面臨著一場新的技術革命，這場革命的主要基礎就是信息技術。信息技術的發展給人類社會和國民經濟的各個部門及各個領域都帶來了巨大的，廣泛的，深刻的變化，是當今人類社會發展的請打動力。并且正在改變著傳統工業的生產方式，帶動著傳統工業和其他新興產業的更新和變革。無論是在工業領域，軍事領域，航天領域，幾乎每一個現代化項目都離不開傳感器。而壓力傳感器是工業實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和逆壓電效應為基礎原理制造而成的。

壓力傳感器概述

1、力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器，半導體應變片壓力傳感器，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，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘合劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻止發生變化，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻止通常變化較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構                                                                         2、電阻應變片的工作原理

金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω，cm2/m）

       S——導體的截面積（cm2）

       L——導體的長度（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，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性·與激勵電壓也成正比的

電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。

4、擴散硅壓力傳感器原理

工作原理被測介質的壓力直接作用與傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

5、藍寶石壓力傳感器

利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有的計量特性如圖7。

6、壓電壓力傳感器原理

壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，點介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多，按彈性敏感元件和受力結構的形勢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，由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與成一定關系的電信號。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，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一支存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質*消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著壓力的變化電場變化微小（也就是說壓電系數比較低），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構及原理

高溫熔體壓力傳感器的結構如圖1所示。由于應變片的電阻值會隨其感受的溫度變化而變化，因此，不能將應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應變片按圓形膜片受壓應變原理粘貼于毛細管另一端的膜片上，其電連接方法如圖2所示。測量時，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，膜片產生形變，粘貼于上的應變片，R1、R3阻值增大，R2、R4阻值減小。設計時，使R1=R2=R3=R4=R，并且4個電阻產生的應變量相同，均為。則其橋路的輸出為=，與為*線性關系。

總的來說熔體壓力傳感器的原理是介質的壓力直接作用在傳感器的膜片上，石墨片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號如圖2。

熔體壓力傳感器的應用領域

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