PCB壓力傳(chuan)感(gan)器介(jie)紹

PCB壓力傳(chuan)感(gan)器介(jie)紹

壓電式壓力傳(chuan)感(gan)器常用來(lai)測(ce)量動(dong)態(tai)壓力，壹般(ban)不(bu)適用於靜(jing)態(tai)壓力的(de)測(ce)量。動(dong)態(tai)壓力測(ce)量(典型(xing)應(ying)用如(ru)湍流(liu)，爆炸(zha)，彈(dan)道和發動機(ji)燃(ran)燒等(deng))需(xu)要(yao)用(yong)到有(you)特(te)殊(shu)功能的(de)傳(chuan)感器，包括(kuo)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)，外(wai)殼堅(jian)固，高剛度，可擴(kuo)展(zhan)量程(cheng)和可(ke)以測(ce)量準(zhun)靜(jing)態(tai)壓力的(de)能力(li)。

PCB®生(sheng)產和(he)制造兩種(zhong)類(lei)型(xing)的動(dong)態(tai)壓力傳(chuan)感(gan)器，電荷型以及ICP®電壓型。電荷型壓力傳(chuan)感(gan)器輸(shu)出(chu)高阻(zu)抗(kang)的(de)電荷信號，ICP®電壓型傳(chuan)感(gan)器特點是(shi)內置集(ji)成(cheng)放(fang)大(da)電路，可以將(jiang)高阻(zu)抗(kang)電荷信號轉換(huan)成(cheng)低(di)阻(zu)抗(kang)電壓輸(shu)出(chu)。

傳感(gan)器結(jie)構(gou)

壓電型壓電傳感器有(you)各(ge)種(zhong)外(wai)觀尺寸和(he)螺紋結(jie)構(gou)，以適應(ying)不同的壓力測(ce)量安(an)裝(zhuang)要求(qiu)。大(da)多(duo)數(shu)傳感器使用石英(ying)晶體(ti)作(zuo)為(wei)敏(min)感元(yuan)件，以(yi)保(bao)證操作(zuo)的(de)穩(wen)定性和(he)可(ke)重(zhong)復(fu)性(xing)。石英(ying)晶體(ti)通常在(zai)殼體(ti)內部(bu)進行預(yu)緊(jin)，以(yi)保(bao)證傳(chuan)感器具有(you)良(liang)好的(de)線性度。電氣石是(shi)另外(wai)壹種(zhong)穩(wen)定的(de)天然壓電晶體(ti)，此(ci)類(lei)晶體(ti)用於需(xu)要(yao)測(ce)量體(ti)積(ji)靈敏(min)度的傳感(gan)器中。

如(ru)圖1為具有(you)內置電路的通用型(xing)壓力傳(chuan)感(gan)器。

極性(xing)

當ICP®壓力傳(chuan)感(gan)器受到壹個(ge)正壓時，傳(chuan)感器產生(sheng)壹個(ge)正的電壓輸(shu)出(chu)。PCB®電荷型壓力傳(chuan)感(gan)器的極性(xing)剛好相反(fan)。當受到壹個(ge)正壓時，傳(chuan)感器產生(sheng)壹個(ge)負(fu)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)。外(wai)部(bu)電荷放大器通常與電荷輸(shu)出(chu)傳感(gan)器壹起使(shi)用，並(bing)對信號進行極(ji)性反(fan)轉。電荷輸(shu)出(chu)型傳(chuan)感(gan)器與電荷放大器壹起組成(cheng)的(de)測(ce)試(shi)系統(tong)的輸(shu)出(chu)極性(xing)與ICP®傳感器的輸(shu)出(chu)極性(xing)是(shi)壹樣的(de)。當然，我(wo)們也(ye)有(you)反(fan)極(ji)性(xing)輸(shu)出(chu)的傳(chuan)感(gan)器版本(ben)。

高頻響(xiang)應(ying)

大多(duo)數PCB®壓電型壓力傳(chuan)感(gan)器中的石英(ying)晶體(ti)在堅(jian)固的(de)傳(chuan)感(gan)器外(wai)殼內采(cai)用(yong)壓縮式預緊(jin)，電氣石晶體(ti)采用(yong)無約(yue)束形(xing)式。這些設計使傳(chuan)感器具有(you)微(wei)秒級(ji)響(xiang)應(ying)時間和(he)幾(ji)百赫(he)茲(zi)的(de)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)，能夠(gou)*小(xiao)化(hua)過沖或者(zhe)振鈴現象發生(sheng)的可(ke)能性(xing)。

 壓力傳(chuan)感(gan)器的機(ji)械結(jie)構(gou)會對高頻測(ce)量產生(sheng)限制。靈敏(min)度在傳感(gan)器接近(jin)固有(you)頻(pin)率(lv)時開(kai)始(shi)快(kuai)速(su)上升(sheng)。

靈敏(min)度的上升(sheng)情況(kuang)如(ru)圖2所(suo)示。

通常傳(chuan)感器靈敏(min)度偏差(cha)低(di)於5%範圍(wei)內使(shi)用(yong)是(shi)可以(yi)接受(shou)的。而此(ci)時的(de)高頻測(ce)量上(shang)限壹般(ban)在(zai)接近(jin)傳感(gan)器固有(you)頻(pin)率(lv)的20%左(zuo)右。高頻響(xiang)應(ying)可能受(shou)激(ji)勵電流(liu)、電纜長度和電纜電容(rong)的限制。

低頻(pin)響(xiang)應(ying)

電荷型壓力傳(chuan)感(gan)器的低頻(pin)響(xiang)應(ying)取(qu)決於所(suo)使用的(de)電荷放大器。放大器設置低(di)頻響(xiang)應(ying)的放(fang)電時間常(chang)數（DTC）可(ke)以很(hen)長或(huo)很(hen)短，這取(qu)決於使(shi)用電荷放大器的具體(ti)型號(hao)。壹個(ge)較(jiao)長(chang)DTC允許(xu)更低(di)頻(pin)的(de)測(ce)量，較(jiao)短(duan)的(de)DTC會限制低頻(pin)響(xiang)應(ying)。    

內部(bu)的電阻(zu)和(he)電容(rong)值(zhi)決定了(le)傳感(gan)器的放電時間常(chang)數和(he)ICP®壓力傳(chuan)感(gan)器的低頻(pin)響(xiang)應(ying)。放電時間類(lei)似(si)壹階R-C高通濾(lv)波器的作(zuo)用(yong)，決定了(le)傳感(gan)器的低頻(pin)響(xiang)應(ying)。另外(wai)，信號(hao)適調儀的DTC也(ye)應(ying)該考(kao)慮(lv)在(zai)內，它(ta)也(ye)會影響(xiang)整個(ge)系統(tong)的低(di)頻(pin)響(xiang)應(ying)。

典型(xing)的(de)壓電式系統(tong)輸(shu)出(chu)

壓電式壓力傳(chuan)感(gan)器系統(tong)的輸(shu)出(chu)特點(dian)是(shi)AC耦合(he)系統(tong)。重復(fu)的(de)信(xin)號(hao)會衰減(jian)，直(zhi)到原始(shi)基(ji)線上下區域(yu)達(da)到相等(deng)。當監控(kong)事(shi)件的(de)幅值(zhi)出(chu)現波動(dong)，輸(shu)出(chu)會在基(ji)線附近(jin)保(bao)持穩(wen)定，同時正的區域(yu)和(he)負的區域(yu)保(bao)持相等(deng)。 

圖3是(shi)壹個(ge)AC交(jiao)流(liu)信號(hao)波形(xing)。

在這個(ge)例(li)子(zi)中，在壹個(ge)穩(wen)態(tai)脈(mai)寬(kuan)和(he)脈(mai)沖間隔為(wei)壹秒的AC耦(ou)合(he)壓力應(ying)用，產生(sheng)0-2V電壓輸(shu)出(chu)信號(hao)。其(qi)頻(pin)率(lv)保(bao)持不(bu)變(bian)但信號迅速(su)衰減(jian)，直(zhi)到信號在原(yuan)始(shi)基(ji)線上下面(mian)積(ji)區域(yu)A=區域(yu)B，而(er)且峰(feng)值(zhi)相同。

傳感(gan)器結(jie)構(gou)

壓力傳(chuan)感(gan)器的精密安(an)裝(zhuang)對於**測(ce)試(shi)是(shi)至(zhi)關(guan)重要(yao)的。每次(ci)安裝(zhuang)前(qian)請(qing)確認傳(chuan)感(gan)器說(shuo)明書中的安裝(zhuang)尺寸圖，當您有(you)疑(yi)問時，請(qing)聯(lian)系PCB®工(gong)程(cheng)師取(qu)得詳細(xi)的(de)安裝(zhuang)指(zhi)南(nan)。使(shi)用(yong)精密的(de)機(ji)加工設備來(lai)安(an)裝(zhuang)螺紋孔(kong)，並(bing)且(qie)使(shi)用(yong)推薦的安裝(zhuang)扭矩。請(qing)使用(yong)PCB®傳(chuan)感(gan)器提供的安裝(zhuang)硬(ying)件，我(wo)們(men)還(hai)提供不同標準(zhun)的螺紋適配器來簡化(hua)壹些傳(chuan)感器的安裝(zhuang)。

對於自(zi)由場爆(bao)炸(zha)應(ying)用，使(shi)用具有(you)氣(qi)動(dong)力(li)外(wai)形(xing)的安(an)裝(zhuang)可以(yi)*小化(hua)來(lai)自(zi)安(an)裝(zhuang)支架(jia)或三腳架(jia)的(de)反(fan)射(she)而(er)產生(sheng)的不(bu)必(bi)要(yao)的影響(xiang)。

許(xu)多(duo)壓力傳(chuan)感(gan)器的敏(min)感晶體(ti)壹般(ban)位(wei)於傳(chuan)感器底部(bu)的膜片(pian)處(chu)。如(ru)果(guo)壓力測(ce)量中傳感器這個(ge)部(bu)位受(shou)到側向載(zai)荷會使信號輸(shu)出(chu)失(shi)真。要(yao)避免(mian)異(yi)常(chang)的側向載(zai)荷應(ying)力施加到傳感器的上半(ban)部(bu)分，這點也(ye)很重(zhong)要。對傳感器上半(ban)部(bu)分可(ke)能會產生(sheng)側應(ying)力的(de)原因(yin)包括(kuo)：電纜對電氣接頭的(de)直(zhi)角拉(la)緊(jin)力(li)；在(zai)高橫(heng)向振動的環(huan)境中，電纜使用壹個(ge)非(fei)常重(zhong)的(de)適(shi)配器連接到小型的電氣接頭上(shang)。

在自(zi)由場爆(bao)炸(zha)測(ce)試(shi)應(ying)用，壓力傳(chuan)感(gan)器安裝(zhuang)到壹個(ge)薄(bo)板(ban)上(shang)，當壓力造成(cheng)板(ban)面(mian)彎(wan)曲時，傳(chuan)感器可能會承(cheng)受(shou)側應(ying)力，使(shi)用O型環(huan)安裝(zhuang)可以(yi)*小化(hua)這種(zhong)影(ying)響(xiang)。

齊(qi)平(ping) vs 嵌(qian)入式安裝(zhuang)

板上(shang)或者(zhe)墻(qiang)上(shang)采用齊(qi)平(ping)安裝(zhuang)壓力傳(chuan)感(gan)器，宜(yi)於減(jian)少(shao)湍流(liu)，避免(mian)空(kong)穴效應(ying)，或避(bi)免(mian)室(shi)內容(rong)積(ji)的增加。嵌(qian)入式安裝(zhuang)適宜(yi)於壓力傳(chuan)感(gan)器膜片(pian)可能會受到超高瞬(shun)時溫(wen)度或者(zhe)粒子(zi)對撞(zhuang)的(de)應(ying)用中。壓力傳(chuan)感(gan)器采用嵌(qian)入式安裝(zhuang)將(jiang)減(jian)低(di)測(ce)量的(de)高頻能力(li)。這種(zhong)安(an)裝(zhuang)方式的空(kong)穴效應(ying)通常會降低傳(chuan)感(gan)器的共振頻率(lv)。如(ru)圖4典型(xing)的(de)齊(qi)平(ping)安裝(zhuang) 。

如(ru)圖5為典型(xing)的(de)嵌(qian)入式安裝(zhuang)。

  PCB®大多(duo)數壓力傳(chuan)感(gan)器都帶(dai)有(you)用(yong)於齊(qi)平(ping)安裝(zhuang)的密封(feng)圈。部(bu)分型(xing)號，例(li)如(ru)111,112,113系列(lie)還(hai)可(ke)提供用於嵌(qian)入式安裝(zhuang)的套(tao)管，如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)額外(wai)的套(tao)管時請(qing)單獨(du)訂(ding)購(gou)。對於需(xu)要(yao)頻(pin)繁的移(yi)動和(he)拆(chai)裝(zhuang)的應(ying)用，請(qing)訂購(gou)足(zu)夠(gou)的(de)備用(yong)密封(feng)圈或套管。在重新(xin)安(an)裝(zhuang)壓力傳(chuan)感(gan)器前(qian)，請(qing)確認安(an)裝(zhuang)端(duan)口中的舊的、變(bian)形(xing)的密封(feng)環(huan)已(yi)經(jing)從(cong)安(an)裝(zhuang)孔(kong)中移(yi)除(chu)。

PCB®具有(you)不(bu)同的安(an)裝(zhuang)適配器可以簡化(hua)壓力傳(chuan)感(gan)器的安裝(zhuang)。壓力傳(chuan)感(gan)器和具有(you)直(zhi)螺紋的適配器使用密封(feng)環(huan)進行壓力密封(feng)。管螺紋適配器有(you)錐(zhui)形(xing)螺紋，以便(bian)壓力密封(feng)。對於壓力傳(chuan)感(gan)器的適配器和附件請(qing)參考(kao)PCB®網(wang)站上壓力傳(chuan)感(gan)器網頁獲(huo)取(qu)更多(duo)信(xin)息(xi)，當然，您(nin)可以直(zhi)接聯(lian)系我(wo)們的(de)技(ji)術工程(cheng)師咨(zi)詢。

壓力傳(chuan)感(gan)器膜片(pian)的位(wei)置控(kong)制可以(yi)通過調節直(zhi)螺紋或密封(feng)環(huan)的安(an)裝(zhuang)實現(xian)。管螺紋安裝(zhuang)不允許(xu)傳(chuan)感(gan)器在深度上進行精(jing)密定(ding)位(wei)，因(yin)為密封(feng)是(shi)通過在錐度孔(kong)中逐步(bu)擰(ning)緊(jin)螺紋達(da)到要求(qiu)的(de)螺紋嚙合(he)實(shi)現(xian)的。管螺紋的安裝(zhuang)孔(kong)加工比直(zhi)螺紋更簡易。管螺紋更適(shi)宜(yi)壹些常(chang)規的應(ying)用。

熱沖擊

汽車缸(gang)內壓力，沖擊壓力，自(zi)由(you)場爆(bao)炸(zha)等(deng)應(ying)用中壓力脈(mai)沖總是(shi)會伴隨有(you)熱沖擊。熱沖擊以輻(fu)射(she)熱形(xing)式存在，例如(ru)爆炸(zha)的(de)閃(shan)光，通過壓力傳(chuan)感(gan)器膜片(pian)的熱氣(qi)體(ti)對流(liu)的熱量，或(huo)者(zhe)來自(zi)熱液(ye)體(ti)的傳(chuan)導熱量。

幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)壓力傳(chuan)感(gan)器對熱沖擊都很(hen)敏(min)感。當熱量作(zuo)用(yong)到內部(bu)具有(you)晶體(ti)的時，熱量會造成(cheng)內部(bu)晶體(ti)周圍(wei)的外(wai)殼擴(kuo)張(zhang)。雖(sui)然石英(ying)晶體(ti)對熱沖擊不太(tai)敏(min)感，但是(shi)外(wai)殼的(de)擴(kuo)張(zhang)會造成(cheng)晶體(ti)上的(de)預緊(jin)力(li)減(jian)少(shao)，產生(sheng)負的(de)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)。為了(le)減(jian)少(shao)這種(zhong)影(ying)響(xiang)，需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)各種(zhong)方法。

某(mou)些PCB®石英(ying)壓力傳(chuan)感(gan)器內部(bu)為了(le)*小化(hua)熱沖擊效應(ying)的影(ying)響(xiang)采(cai)取(qu)了具有(you)熱隔離(li)的設計。壹些型(xing)號具有(you)隔離(li)功能的(de)膜片(pian)。其它(ta)的(de)傳(chuan)感器可能需(xu)要(yao)熱保(bao)護塗(tu)層，嵌(qian)入式安裝(zhuang)或綜(zong)合(he)這些方法來(lai)降低熱沖擊效應(ying)，並(bing)*大(da)化(hua)頻(pin)響(xiang)範圍(wei)。塗(tu)層包括(kuo)矽脂(zhi)（也(ye)可能用(yong)於填(tian)充安裝(zhuang)孔(kong)內）；RTV矽橡(xiang)膠；乙烯電工膠帶或(huo)陶(tao)瓷。RTV和(he)膠(jiao)帶用作(zuo)防(fang)燒蝕(shi)材(cai)料(liao)，而(er)陶(tao)瓷塗(tu)層用(yong)於保(bao)護膜片(pian)免(mian)受(shou)腐(fu)蝕(shi)性(xing)氣(qi)體(ti)和粒(li)子撞(zhuang)擊損傷。

PCB®壹些傳(chuan)感器使用非(fei)石英(ying)的晶體(ti)，例如(ru)電氣石雖然對熱沖擊敏(min)感，但是(shi)壹般(ban)用(yong)於激(ji)波管和水下爆炸(zha)傳(chuan)感(gan)器中。在激波管測(ce)試(shi)中，壓力測(ce)量的(de)持(chi)續(xu)時間通常比較(jiao)短(duan)，壹層聚(ju)氯(lv)乙烯絕緣(yuan)膠(jiao)帶(dai)足以延(yan)緩(huan)熱效應(ying)的影(ying)響(xiang)。在(zai)水下爆炸(zha)應(ying)用中，熱傳(chuan)遞(di)在(zai)水中並(bing)不(bu)顯(xian)著(zhu)。

熱沖擊效應(ying)與壓力傳(chuan)感(gan)器規格中的溫度系數(shu)並(bing)無(wu)關(guan)聯(lian)。規格書中的溫度系數(shu)是(shi)指(zhi)傳(chuan)感(gan)器相對於在(zai)恒(heng)溫中的傳感器靈敏(min)度的變(bian)化(hua)。由(you)於熱沖擊效應(ying)不太(tai)容(rong)易被(bei)量化(hua)，但是(shi)它們(men)必須通過預期(qi)和(he)技術手段(duan)來實(shi)現*小(xiao)化(hua)，以(yi)保(bao)證更**的(de)測(ce)量數(shu)據。