壓力傳感器,讓物體有了觸覺,壓阻式壓力傳感器的工作原理

理性科普者 發佈 2022-07-05T15:16:40.211852+00:00

什麼叫傳感器?由敏感元件和轉換元件組成的能感受規定的被測量大小的器件或裝置,在感受的過程中,運用一定的物理規律和數學函數法則完成信號的相互轉換。一般情況下,是按照一定規律轉換成為電信號(電壓或者電流或線路的通斷等),信息易傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制。

什麼叫傳感器?由敏感元件和轉換元件組成的能感受規定的被測量大小的器件或裝置,在感受的過程中,運用一定的物理規律和數學函數法則完成信號的相互轉換。一般情況下,是按照一定規律轉換成為電信號(電壓或者電流或線路的通斷等),信息易傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制。敏感元件有熱敏、光敏、氣敏、力敏、磁敏、濕敏、聲敏、色敏、味敏、放射線敏感元件十大類,可分為三大類:物理類(產生力、熱、光、電、磁和聲等物理效應),化學類(產生化學效應),生物類(對酶、抗體、和激素等分子有識別功能)。轉換元件由電錶和微電腦等組成。

最早的是結構型傳感器,利用結構參量變化來感受和轉化信號。

70年代的固體型傳感器是利用材料某些特性製成,由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成。現代智能型傳感器,採用檢測技術與微電腦相結合,傳感器有了一定的人工智慧。

傳感器能夠感受力、溫度、光、聲、化學成分等物理量,現代傳感器的特點是微型化、數位化、智能化、多功能化、系統化、網絡化,可實現自動檢測和自動控制,傳感器讓物體有了觸覺、味覺、嗅覺、聽覺等人類的感官功能,讓物體人性化、智能化。例如,光敏傳感器可產生視覺,聲敏傳感器可產生聽覺,氣敏傳感器可產生嗅覺,化學傳感器可產生味覺,壓敏、溫敏、流體傳感器可產生觸覺。

傳感器種類繁多,本文為科普讀者通俗介紹壓阻式(半導體和陶瓷式)壓力傳感器的工作原理。

由於金屬導體的電阻值由材料金屬導體的電阻率(Ω•m2/m)、導體的截面積(m2)、導體的長度(m)、溫度因素決定的,所以,當半導體電阻受外力作用時,其長度和截面積都會發生變化,電阻值就會發生改變,只要測出加在電阻兩端的電壓或線路中電流值就可以知道壓力大小的變化。

壓阻式壓力傳感器工作原理。壓力使半導體薄片表面產生變形,其電阻發生變化,引起電路中的電流變化或者電壓重新分配,這樣,壓力、電阻、電流(電壓)就形成一一對應的數學函數關係,通過智能計算就可以知道被測量的壓力大小,舉例子說明如下。

如下圖是測量壓力的電子秤,由電源、保護電阻R0、理想電壓表、壓敏電阻R組成一個電路,電壓表的指針可顯示測量的壓力值,壓敏電阻R阻值與壓力大小的函數關係是在製作傳感器之前在實驗室中經過無數次實驗數據而得到的統計值,下表是一個傳感器的參考值。

在坐標系中描出上表中電阻R隨壓力F變化關係圖線,並歸納出R與 F之間的函數關係式。根據這個關係,就可以把電壓表的電壓值「偷梁換柱」為壓力值,如果是正比例關係,其刻度是均勻的,否則,是不均勻的。如果把這個規律輸入電腦中,電腦就可以自動計算並顯示壓力值,這就是智能壓力傳感器了。

下面也是一個壓力傳感器的原理圖,讀者自己可以嘗試說說其工作原理嗎?

陶瓷壓力傳感器,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,壓力直接作用在陶瓷膜片的表面,使膜片產生微小的形變,由於壓敏電阻阻值的變化,使與其連接的惠斯通電橋產生一個電阻與壓力高度成正比的電壓信號(根據壓力量程不同有2.0V、3.0 V、 3.3 mv等)。此類型的壓力傳感器具有高溫穩定性、時間穩定性、測量精度高、抗腐蝕等優點,工作溫度可達-40~135℃,可與絕大多數介質直接接觸。

壓力傳感器是工業中最為常用的一種傳感器,廣泛應用於自控環境,涉及水利水電、智能建築、鐵路交通、航空航天、生產自控、石化、油井、軍工、電力、工具機、船舶、管道等行業。

關鍵字:

稀疏、扁塌、細軟… 頭髮怎麼越洗越「虛」啦

2021-10-05T01:49:52.189369+00:00

A:市面洗髮精「帶走髒污」,卻沒「導入營養」;一旦頭皮老化,就無法抓住髮絲。 孕媽、熟齡界愛用系列