¿Cuáles son las características de los sensores de presión?

1. Definición de sensor

La norma nacional GB7665-87 define un sensor como: “un dispositivo o dispositivo que puede detectar el valor medido especificado y convertirlo en una señal utilizable de acuerdo con a ciertas reglas. Dispositivo, generalmente compuesto por componentes sensibles y componentes de conversión". Un sensor es un dispositivo de detección que puede detectar la información medida y convertir la información detectada en señales eléctricas u otras formas requeridas de salida de información de acuerdo con ciertas reglas para satisfacer las necesidades de transmisión, procesamiento, almacenamiento, visualización, registro y requisitos de control de la información. Es el enlace principal para realizar la detección y el control automáticos.

2. Clasificación de sensores

En la actualidad no existe un método unificado de clasificación de sensores, pero habitualmente se utilizan los tres siguientes:

1. Según sensores La clasificación de cantidades físicas se puede dividir en sensores como desplazamiento, fuerza, velocidad, temperatura, flujo, composición del gas, etc.

2. Según el principio de funcionamiento del sensor, se puede dividir en Resistencia, capacitancia, inductancia, voltaje, Hall, fotoeléctrico, rejilla, termopar y otros sensores.

3. Según la naturaleza de la señal de salida del sensor, se puede dividir en: Sensores de tipo interruptor cuya salida es valor de conmutación ("1" y "0" o "encendido" y "apagado" ); cuya salida es un sensor de tipo analógico; un sensor digital cuya salida es un pulso o código.

Acerca de la clasificación de sensores:

1. Según la cantidad física medida: tales como: fuerza, presión, desplazamiento, temperatura, sensor de ángulo, etc.

2. Según el principio de funcionamiento del sensor: tales como: sensor extensímetro, sensor piezoeléctrico, sensor piezoresistivo, sensor inductivo, sensor capacitivo, sensor fotoeléctrico, etc.;

3. Según el método de conversión de energía del sensor Métodos:

(1) Tipo de conversión de energía: como: piezoeléctrico, termopar, sensor fotoeléctrico, etc.

(2) Tipo de control de energía: tales como: sensores resistivos, inductivos, tipo Hall y otros, así como termistores, fotorresistores, resistencias higroscópicas, etc.;

4. Según el mecanismo de trabajo del sensor:

(1) Tipo estructural: como: sensores inductivos, capacitivos, etc.;

(2) Tipo físico: como: sensores piezoeléctricos, fotoeléctricos, diversos semiconductores, etc.

5. Según la salida del sensor La forma de la señal se divide en:

(1) Tipo analógico: la salida del sensor es un voltaje analógico

(2) Digital; Tipo: la salida del sensor es una cantidad digital, como por ejemplo: sensor codificador.

3. Características estáticas del sensor

Las características estáticas del sensor se refieren a la relación entre la señal de entrada estática, la salida del sensor y la entrada. Debido a que la cantidad de entrada y la cantidad de salida son independientes del tiempo en este momento, la relación entre ellas, es decir, las características estáticas del sensor, se puede usar como una ecuación algebraica sin variables de tiempo, o la cantidad de entrada se puede usar como abscisa. , y la cantidad de salida correspondiente es. Se describe la curva característica dibujada a lo largo de la ordenada. Los principales parámetros que caracterizan las características estáticas del sensor son: linealidad, sensibilidad, resolución e histéresis.

4. Características dinámicas del sensor

Las llamadas características dinámicas se refieren a las características de la salida del sensor cuando cambia la entrada. En el trabajo real, las características dinámicas de un sensor a menudo se expresan por su respuesta a ciertas señales de entrada estándar. Esto se debe a que la respuesta del sensor a la señal de entrada estándar es fácil de obtener experimentalmente y existe una cierta relación entre su respuesta a la señal de entrada estándar y su respuesta a cualquier señal de entrada. Conocer la primera a menudo puede inferir la segunda. Las señales de entrada estándar más comúnmente utilizadas son señales escalonadas y señales sinusoidales, por lo que las características dinámicas del sensor también se expresan comúnmente en términos de respuesta escalonada y respuesta de frecuencia.

5. Linealidad del sensor

Por lo general, la salida característica estática real del sensor es una curva en lugar de una línea recta. En el trabajo real, para que el instrumento tenga una lectura de escala uniforme, a menudo se utiliza una línea recta adecuada para representar aproximadamente la curva característica real. La linealidad (error no lineal) es un índice de rendimiento de esta aproximación.

Existen muchas formas de seleccionar la recta de ajuste. Por ejemplo, la línea recta teórica que conecta los puntos de entrada cero y salida de escala completa se utiliza como línea recta de ajuste o la línea recta teórica con la suma más pequeña de desviaciones cuadradas de cada punto de la curva característica se utiliza como recta de ajuste; línea Esta línea recta de ajuste se llama método de mínimos cuadrados.

6. Sensibilidad del sensor

La sensibilidad se refiere a la relación entre el cambio de salida Δy del sensor y el cambio de entrada Δx en condiciones de funcionamiento en estado estable.

Es la pendiente de la curva característica salida-entrada. Si existe una relación lineal entre la salida y la entrada del sensor, la sensibilidad S es una constante. De lo contrario, cambiará con la cantidad ingresada.

La dimensión de la sensibilidad es la relación entre las dimensiones de las cantidades de salida y de entrada. Por ejemplo, si un sensor de desplazamiento tiene un cambio de voltaje de salida de 200 mV cuando el desplazamiento cambia en 1 mm, su sensibilidad debe expresarse como 200 mV/mm.

Cuando las dimensiones de salida y entrada del sensor son iguales, la sensibilidad puede entenderse como el factor de amplificación.

Mejora la sensibilidad y consigue una mayor precisión de medición. Sin embargo, cuanto mayor sea la sensibilidad, más estrecho será el rango de medición y peor será la estabilidad.

7. Resolución del sensor

La resolución se refiere a la capacidad del sensor para detectar el cambio más pequeño en el valor medido. Es decir, si la cantidad de entrada cambia lentamente desde algún valor distinto de cero. Cuando el valor de cambio de entrada no excede un cierto valor, la salida del sensor no cambiará, es decir, el sensor no puede distinguir el cambio en la cantidad de entrada. Sólo cuando el cambio en la entrada exceda la resolución, la salida cambiará.

Por lo general, la resolución del sensor en cada punto dentro del rango de escala completa no es la misma, por lo tanto, el valor de cambio máximo en la cantidad de entrada que puede causar un cambio escalonado en el valor de salida en su totalidad. El rango de escala se utiliza a menudo como indicador para medir la resolución. Si los indicadores anteriores se expresan como un porcentaje de la escala total, se llama resolución.

8. Sensor resistivo

El sensor resistivo es un dispositivo que convierte cantidades físicas como desplazamiento, deformación, fuerza, aceleración, humedad, temperatura, etc. en valores de resistencia del dispositivo. Existen principalmente dispositivos sensores resistivos, como medidores de tensión de resistencia, tipo piezoresistivo, resistencia térmica, sensibles al calor, sensibles a los gases, sensibles a la humedad, etc.

9. Sensor extensímetro de resistencia

El extensímetro de resistencia del sensor tiene un efecto de deformación metálico, es decir, produce deformación mecánica bajo la acción de una fuerza externa, de modo que el el valor de resistencia cambia en consecuencia. Hay dos tipos principales de galgas extensométricas de resistencia: metálicas y semiconductoras. Las galgas extensométricas metálicas se dividen en tipo alambre, tipo lámina y tipo película. Las galgas extensométricas para semiconductores tienen las ventajas de una alta sensibilidad (generalmente docenas de veces mayor que la de los tipos de alambre y lámina) y pequeños efectos laterales.

10. Sensor piezoresistivo

El sensor piezoresistivo es un dispositivo fabricado difundiendo resistencia sobre un sustrato de material semiconductor basándose en el efecto piezoresistivo del material semiconductor. El sustrato se puede utilizar directamente como elemento sensor de medición y la resistencia de difusión se conecta dentro del sustrato para formar un puente. Cuando el sustrato se deforma por una fuerza externa, cada valor de resistencia cambiará y el puente producirá una salida desequilibrada correspondiente.

Los materiales de sustrato (o diafragma) utilizados como sensores piezoresistivos son principalmente obleas de silicio y obleas de germanio. Los sensores piezoresistivos de silicio hechos de obleas de silicio se están volviendo cada vez más populares, especialmente en las aplicaciones más comunes. de sensores piezoresistivos de estado sólido para medir presión y velocidad.

11. Sensor de resistencia térmica

El sensor de resistencia térmica utiliza principalmente la característica de que el valor de resistencia cambia con la temperatura para medir la temperatura y los parámetros relacionados con la temperatura. Este tipo de sensor es más adecuado en situaciones en las que se requiere que la precisión de la detección de temperatura sea relativamente alta. En la actualidad, los materiales de resistencia térmica más utilizados son el platino, el cobre, el níquel, etc. Tienen las características de un gran coeficiente de resistencia a la temperatura, buena linealidad, rendimiento estable, amplio rango de temperaturas de funcionamiento y fácil procesamiento. Se utiliza para medir temperaturas en el rango de -200 ℃ ~ +500 ℃.

12. Características de histéresis del sensor

Las características de histéresis representan las características de salida-entrada del sensor entre las carreras directa (el volumen de entrada aumenta) y inversa (el volumen de entrada disminuye). El grado de inconsistencia entre las curvas generalmente se expresa como el porcentaje de la diferencia máxima ΔMAX entre las dos curvas y la salida de escala completa F·S.

La histéresis puede ser causada por la absorción de energía por los componentes dentro del sensor.

El efecto piezoeléctrico es el principal principio de funcionamiento de los sensores piezoeléctricos. Los sensores piezoeléctricos no se pueden utilizar para mediciones estáticas, porque la carga después de la fuerza externa solo se puede guardar cuando el bucle tiene una impedancia de entrada infinita. La situación real no es así, por lo que esto determina que el sensor piezoeléctrico sólo puede medir la tensión dinámica.