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प्रेशर सेंसर पर एक संक्षिप्त चर्चा
जारी करने का समय：2018-11-23 स्रोत：जोनान हेंगी शंदा इंस्ट्रूमेंट कं, लिमिटेड ब्राउज़：
1। सिरेमिक दबाव सेंसर के सिद्धांत और अनुप्रयोग
संक्षारण-प्रतिरोधी सिरेमिक दबाव सेंसर में कोई तरल संचरण नहीं होता है। दबाव सीधे सिरेमिक डायाफ्राम की सामने की सतह पर कार्य करता है, जिससे डायाफ्राम मामूली विरूपण का उत्पादन करता है। मोटी फिल्म प्रतिरोध सिरेमिक डायाफ्राम के पीछे छपी है और एक व्हीटस्टोन ब्रिज (बंद पुल) से जुड़ी है। वेरिस्टर के पीज़ोरेसिस्टिव प्रभाव के कारण, पुल दबाव के लिए एक अत्यधिक रैखिक वोल्टेज सिग्नल का उत्पादन करता है और उत्तेजना वोल्टेज के लिए आनुपातिक भी है। मानक सिग्नल को प्रेशर रेंज, आदि के अनुसार 2.0 / 3.0 / 3.3 mV / v के रूप में कैलिब्रेट किया जाता है, जो स्ट्रेन सेंसर के साथ संगत हो सकता है। लेजर अंशांकन के माध्यम से, सेंसर में उच्च तापमान स्थिरता और समय स्थिरता होती है। सेंसर 0 से 70 डिग्री सेल्सियस के तापमान मुआवजे के साथ आता है और अधिकांश मीडिया के साथ सीधे संपर्क में हो सकता है।
सिरेमिक को अत्यधिक लोचदार, संक्षारण-प्रतिरोधी, पहनने-प्रतिरोधी, प्रभाव-प्रतिरोधी और कंपन-प्रतिरोधी सामग्री के रूप में मान्यता दी जाती है। सिरेमिक की थर्मल स्थिरता विशेषताओं और इसकी मोटी फिल्म प्रतिरोध इसके ऑपरेटिंग तापमान को -40 ~ 135 ℃ तक बना सकती है, और इसकी माप के लिए उच्च सटीकता और उच्च स्थिरता है। विद्युत इन्सुलेशन की डिग्री> 2kv है, आउटपुट सिग्नल मजबूत है, और दीर्घकालिक स्थिरता अच्छी है। उच्च-विशेषता और कम कीमत वाले सिरेमिक सेंसर दबाव सेंसर की विकास दिशा होगी। यूरोपीय और अमेरिकी देशों में अन्य प्रकार के सेंसर को व्यापक रूप से बदलने की प्रवृत्ति है। चीन में, अधिक से अधिक उपयोगकर्ता प्रसार सिलिकॉन दबाव सेंसर को बदलने के लिए सिरेमिक सेंसर का उपयोग करते हैं।
2। स्ट्रेन गेज प्रेशर सेंसर के सिद्धांत और अनुप्रयोग
कई प्रकार के मैकेनिकल सेंसर हैं, जैसे कि प्रतिरोधक तनाव गेज प्रेशर सेंसर, सेमीकंडक्टर स्ट्रेन गेज प्रेशर सेंसर, पीज़ोरेसिस्टिव प्रेशर सेंसर, इंडक्टिव प्रेशर सेंसर, कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर, रेजोनेंट प्रेशर सेंसर और कैपेसिटिव एक्सेलेरेशन सेंसर। हालांकि, व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला पीज़ोरेसिस्टिव प्रेशर सेंसर एक पीज़ोरेसिस्टिव प्रेशर सेंसर है, जिसकी कीमत बहुत कम है, उच्च सटीकता और अच्छी रैखिक विशेषताएं। नीचे हम मुख्य रूप से इस प्रकार के सेंसर का परिचय देते हैं।
जब पीज़ोरेसिस्टिव फोर्स सेंसर को समझते हैं, तो हम पहले एक प्रतिरोधक तनाव गेज जैसे तत्व को समझते हैं। प्रतिरोधक तनाव गेज एक संवेदनशील उपकरण है जो एक विद्युत संकेत में मापा जा रहे हिस्से पर तनाव परिवर्तन को परिवर्तित करता है। यह पीज़ोरेसिस्टिव स्ट्रेन सेंसर के मुख्य घटकों में से एक है। प्रतिरोध तनाव गेज ज्यादातर धातु प्रतिरोध तनाव गेज और अर्धचालक तनाव गेज में उपयोग किया जाता है। दो प्रकार के धातु प्रतिरोध तनाव गेज हैं: फिलामेंटस स्ट्रेन गेज और मेटल पन्नी स्ट्रेन गेज। आमतौर पर, स्ट्रेन गेज को एक विशेष चिपकने वाले के माध्यम से यंत्रवत् तनावपूर्ण मैट्रिक्स के लिए कसकर बांध दिया जाता है। जब मैट्रिक्स का तनाव बदल जाता है, तो प्रतिरोध तनाव गेज भी एक साथ विकृत हो जाता है, जिससे तनाव गेज का प्रतिरोध मूल्य बदल जाता है, जिससे प्रतिरोध पर लागू वोल्टेज बदल जाता है। इस तनाव गेज का प्रतिरोध परिवर्तन जब यह तनाव के अधीन होता है तो आमतौर पर छोटा होता है। आम तौर पर, यह तनाव गेज एक तनाव पुल बनाता है और बाद के इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायरों के माध्यम से प्रवर्धित होता है, और फिर प्रसंस्करण सर्किट के प्रदर्शन या एक्ट्यूएटर (आमतौर पर ए/डी रूपांतरण और सीपीयू) को प्रेषित किया जाता है।
धातु प्रतिरोध तनाव गेज की आंतरिक संरचना
जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, यह प्रतिरोध तनाव गेज का एक संरचनात्मक आरेख है, जिसमें मैट्रिक्स सामग्री, धातु तनाव तार या तनाव पन्नी, सुरक्षात्मक शीट और लीड तार को इंसुलेट करना शामिल है। अलग -अलग उपयोगों के आधार पर, प्रतिरोध तनाव गेज का प्रतिरोध मूल्य डिजाइनर द्वारा डिज़ाइन किया जा सकता है, लेकिन प्रतिरोध की मूल्य सीमा पर ध्यान दिया जाना चाहिए: प्रतिरोध मूल्य बहुत छोटा है, आवश्यक ड्राइविंग करंट बहुत बड़ा है, और स्ट्रेन गेज का हीटिंग तापमान बहुत अधिक हो जाता है। विभिन्न वातावरणों में उपयोग किया जाता है, तनाव गेज का प्रतिरोध मूल्य बहुत अधिक बदलता है, आउटपुट शून्य बहाव स्पष्ट है, और शून्य समायोजन सर्किट बहुत जटिल है। प्रतिरोध बहुत बड़ा है और प्रतिबाधा बहुत अधिक है, और बाहरी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का विरोध करने की क्षमता खराब है। आम तौर पर, यह दसियों यूरो से हजारों यूरो के बारे में होता है।
प्रतिरोध तनाव गेज कैसे काम करता है
धातु प्रतिरोध तनाव गेज का कार्य सिद्धांत वह घटना है जो सब्सट्रेट सामग्री पर यांत्रिक विरूपण के साथ तनाव प्रतिरोध बदलता है, जिसे आमतौर पर प्रतिरोध तनाव प्रभाव के रूप में जाना जाता है। एक धातु कंडक्टर का प्रतिरोध मूल्य निम्न सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
कहाँ: ρ- धातु कंडक्टर की पुन: (ω ・ cm2/m)
एस-कंडक्टर का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (CM2)
एल-कंडक्टर की लंबाई (एम)
आइए हम एक उदाहरण के रूप में तार तनाव प्रतिरोध लेते हैं। जब तार को बाहरी बल के अधीन किया जाता है, तो इसकी लंबाई और क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र बदल जाएगा। उपरोक्त सूत्र से, यह आसानी से देखा जा सकता है कि इसका प्रतिरोध मूल्य बदल जाएगा। यदि तार को बाहरी बल के अधीन किया जाता है और विस्तारित होता है, तो इसकी लंबाई बढ़ जाएगी और क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र में कमी आएगी, और प्रतिरोध मूल्य में वृद्धि होगी। जब तार बाहरी बल से संकुचित होता है, तो लंबाई कम हो जाती है और क्रॉस-सेक्शन बढ़ जाता है, और प्रतिरोध मूल्य कम हो जाता है। जब तक प्रतिरोध पर लागू परिवर्तन को मापा जाता है (आमतौर पर प्रतिरोध में वोल्टेज को मापता है), तनाव तार की तनाव की स्थिति प्राप्त की जा सकती है।
3। प्रसार सिलिकॉन दबाव सेंसर का सिद्धांत और अनुप्रयोग
यह काम किस प्रकार करता है
मध्यम का परीक्षण किया जाने वाला दबाव सीधे सेंसर के डायाफ्राम (स्टेनलेस स्टील या सिरेमिक) पर कार्य करता है, जिससे डायाफ्राम मध्यम दबाव के लिए एक सूक्ष्म विस्थापन आनुपातिक उत्पन्न करता है, जिससे सेंसर के प्रतिरोध मूल्य को बदलने के लिए, और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के साथ इस परिवर्तन का पता चलता है, और इस दबाव के अनुरूप एक मानक मापन संकेत को परिवर्तित करता है।
योजनाबद्ध आरेख
4। नीलम दबाव सेंसर का सिद्धांत और अनुप्रयोग
तनाव प्रतिरोध कार्य सिद्धांत का उपयोग करते हुए, सिलिकॉन-सैफायर का उपयोग अर्धचालक संवेदनशील घटकों के रूप में किया जाता है, अद्वितीय मेट्रोलॉजिकल विशेषताओं के साथ।
नीलम प्रणाली एकल क्रिस्टल इन्सुलेटर तत्वों से बना है, और हिस्टैरिसीस, थकान और रेंगना का कारण नहीं होगा; नीलम सिलिकॉन से अधिक मजबूत है, उच्च कठोरता और विरूपण का कोई डर नहीं है; नीलम में बहुत अच्छी लोचदार और इन्सुलेट की विशेषताएं (1000 ओसी के भीतर) हैं। इसलिए, सिलिकॉन-सैफायर से बने अर्धचालक-संवेदनशील घटक तापमान परिवर्तन के लिए असंवेदनशील होते हैं और उच्च तापमान की स्थिति में भी अच्छी काम करने वाली विशेषताएं होती हैं; नीलम में बेहद मजबूत विकिरण प्रतिरोध है; इसके अलावा, सिलिकॉन-सैफायर सेमीकंडक्टर-संवेदनशील घटकों में कोई पी-एन बहाव नहीं होता है, इसलिए वे मौलिक रूप से विनिर्माण प्रक्रिया को सरल बनाते हैं, दोहराव में सुधार करते हैं, और उच्च उपज सुनिश्चित करते हैं।
सिलिकॉन-सैफायर अर्धचालक संवेदनशील घटकों से बने प्रेशर सेंसर और ट्रांसमीटर सामान्य रूप से कठोर काम करने की स्थिति में काम कर सकते हैं, और उच्च विश्वसनीयता, अच्छी सटीकता, बेहद छोटे तापमान त्रुटि और उच्च लागत प्रदर्शन हो सकते हैं।
गेज प्रेशर सेंसर और ट्रांसमीटर दो डायाफ्राम से बने होते हैं: एक टाइटेनियम मिश्र धातु मापने वाला डायाफ्राम और एक टाइटेनियम मिश्र धातु प्राप्त होता है। हेटेरोपिटैक्सियल स्ट्रेन सेंसिटिव ब्रिज सर्किट के साथ छपी एक नीलम शीट को टाइटेनियम मिश्र धातु माप डायाफ्राम पर वेल्डेड किया गया था। मापा दबाव प्राप्त डायाफ्राम (प्राप्त डायाफ्राम और मापने वाले डायाफ्राम को एक टाई रॉड के साथ मजबूती से जुड़े हुए हैं) में स्थानांतरित किया जाता है। दबाव की कार्रवाई के तहत, टाइटेनियम मिश्र धातु को डायाफ्राम विरूपण प्राप्त होता है। विकृति को सिलिकॉन-सैफायर संवेदनशील तत्व द्वारा महसूस किए जाने के बाद, इसके पुल का उत्पादन बदल जाएगा, और परिवर्तन का आयाम मापा दबाव के लिए आनुपातिक है।
सेंसर सर्किट स्ट्रेन ब्रिज सर्किट की बिजली की आपूर्ति सुनिश्चित कर सकता है और स्ट्रेन ब्रिज के असंतुलित सिग्नल को एकीकृत विद्युत सिग्नल आउटपुट (0-5, 4-20mA या 0-5V) में बदल सकता है। पूर्ण दबाव दबाव सेंसर और ट्रांसमीटर में, नीलम शीट सिरेमिक बेस ग्लास सोल्डर से जुड़ी होती है और एक लोचदार तत्व के रूप में कार्य करती है, मापा दबाव को तनाव गेज विरूपण में परिवर्तित करती है, जिससे दबाव माप का उद्देश्य प्राप्त होता है।
5। पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर के सिद्धांत और अनुप्रयोग
मुख्य रूप से पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर में उपयोग की जाने वाली पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री में क्वार्ट्ज, पोटेशियम सोडियम टारट्रेट और डायहाइड्रोमाइन फॉस्फेट शामिल हैं। उनमें से, क्वार्ट्ज (सिलिका) एक प्राकृतिक क्रिस्टल है, और इस क्रिस्टल में पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव पाया जाता है। एक निश्चित तापमान सीमा के भीतर, पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण हमेशा मौजूद होते हैं, लेकिन तापमान इस सीमा से अधिक होने के बाद, पीजोइलेक्ट्रिक गुण पूरी तरह से गायब हो जाते हैं (यह उच्च तापमान तथाकथित "क्यूर पॉइंट" है)। चूंकि विद्युत क्षेत्र तनाव के परिवर्तन के साथ थोड़ा बदलता है (यानी, पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक अपेक्षाकृत कम है), क्वार्ट्ज को धीरे -धीरे अन्य पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल द्वारा बदल दिया जाता है। पोटेशियम सोडियम टारट्रेट में महान पीजोइलेक्ट्रिक संवेदनशीलता और पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणांक है, लेकिन इसका उपयोग केवल अपेक्षाकृत कम कमरे के तापमान और आर्द्रता के साथ वातावरण में किया जा सकता है। Dihydroamine फॉस्फेट एक कृत्रिम क्रिस्टल है जो उच्च तापमान और काफी उच्च आर्द्रता का सामना कर सकता है, इसलिए इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।
पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर मुख्य रूप से त्वरण, दबाव और बल के माप में उपयोग किए जाते हैं। Piezoelectric त्वरण सेंसर एक आमतौर पर उपयोग किया जाने वाला एक्सेलेरोमीटर है। इसमें सरल संरचना, छोटे आकार, हल्के वजन और लंबी सेवा जीवन जैसी उत्कृष्ट विशेषताएं हैं। पीजोइलेक्ट्रिक त्वरण सेंसर व्यापक रूप से विमान, ऑटोमोबाइल, जहाज, पुल और इमारतों के कंपन और प्रभाव माप में उपयोग किए गए हैं, विशेष रूप से विमानन और एयरोस्पेस के क्षेत्रों में। पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग दहन दबाव और इंजन के अंदर वैक्यूम के माप को मापने के लिए भी किया जा सकता है। इसका उपयोग सैन्य उद्योग में भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, बंदूक के चैम्बर दबाव में परिवर्तन को मापने के लिए और चैम्बर में बंदूक को निकाल दिया जाता है। इसका उपयोग बड़े दबाव और छोटे दबाव दोनों को मापने के लिए किया जा सकता है।
अब पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव को पॉलीक्रिस्टल्स पर भी लागू किया जाता है, जैसे कि वर्तमान पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक, जिसमें बेरियम टाइटानेट पीज़ोइलेक्ट्रिक सेरामिक्स, पीजेडटी, नीबेट-आधारित पीज़ोइलेक्ट्रिक सेरामिक्स, लीड नोबियम मैग्नेट पीज़ोइलेक्ट्रिक सेरामिक्स, आदि शामिल हैं, आदि।
पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का मुख्य कार्य सिद्धांत है। पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग स्थैतिक माप के लिए नहीं किया जा सकता है क्योंकि बाहरी बलों के बाद के शुल्क केवल तब संग्रहीत किए जाते हैं जब सर्किट में अनंत इनपुट प्रतिबाधा होता है। यह वास्तविकता में मामला नहीं है, इसलिए यह निर्धारित करता है कि पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर केवल गतिशील तनाव को माप सकता है।
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