雷达科学与技术
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油压传感器综述

  【摘要】油压传感器是通过压阻效应将压力信号转化为电信号的装置。本文通过对油压传感器的结构介绍,分析不同的取压器形式,提出各自的特点。


  【关键词】传感器;结构形式;转换


  一、引言


  油压传感器,是通过压阻效应将压力信号转化为电信号的装置。油压传感器是工业中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、工程机械、航空航天、交通运输、石油化工、机床、管道等众多行业。作为液压设备的重要组成部分,压力传感器用来进行压力测量及控制,他可以对待测的压力进行精确的测量并适时将测试结果传送至后续显示或控制中。


  二、油压传感器结构组成


  油压传感器主要由取压器、变送电路及电气输出接口三大部分组成。取压器的基本结构均为通过条状电阻感应压力变化,同时通过惠斯通电桥结构将阻值变化放大转化为压差,然后传送至变送电路内进行滤波、放大等处理。在油压的检测过程中,其温度变化不可避免,通常在惠斯通电桥的四个电阻条以外单独做一条温敏电阻,以同步检测敏感电阻所在区域的温度变化,为后续的温漂修正提供温度值。同时,为了防止油压的过冲击的影响,有些产品在取压器前端做一个倒漏斗式的入口,可以很明显的避免和减少油压过冲的影响。常用的油压传感器,其主体结构均如下图:


  1.阻尼器(可选);2.螺纹接口;3.取压器;4.变送电路;5.不锈钢外壳;6.转接头;7.电气接口


  三、油压传感器种类介绍


  根据不同的取压器形式,可以分为Si应变片式油压传感器、陶瓷式油压传感器以及溅射薄膜式油压传感器三种。


  Si应变片式油压传感器的特点是其成本低,且适宜于大批量生产。此种油压传感器利用单晶硅的压阻效应,通过惠斯通电桥结构放大压力导致的电阻量变化,从而转化为最终的电压或电阻输出。对于Si材料本身来说,其压阻效应相较于金属和陶瓷而言更加明显,因此Si应变片式油压传感器除了具有成本低及适宜于大批量生产的优点意外,还具有测量范围宽、灵敏度高、输出信号强等特点,在低压值的传感器中应用较广。Si应变片式油压传感器的一个显著的缺点是,Si材料本身的强度不足,如果环境中有较强的压力冲击,容易直接将Si应变片击穿,对整个油压控制系统造成损害。当前的使用中,一般应用油或真空将其隔离,以期保证后续电路系统的安全性。


  陶瓷式油压传感器的核心元件为陶瓷芯体。陶瓷为一种具有抗腐蚀和抗震动等特色的材料,同时其热稳定性要由于Si材料,其最优工作温度范围可达-40oC到125oC(相比较而言,Si的最优工作温度范围为-20oC到85oC),且具有长期热稳定性。其一般的测量原理为,将厚膜电阻片制作在陶瓷薄膜表面,陶瓷薄膜受压变形后厚膜电阻的阻值相应的发生变化,从而输出端压差的存在。通过一定的校准后,陶瓷式油压传感器具有长期的温度稳定性和时间稳定性,同时其可应用于气压和水压的测量。


  溅射薄膜式油压传感器是将厚膜电路采用溅射的方法制作在不锈钢薄片的表面。由于溅射本身技术的优越性,厚膜电路和不锈钢之间通过分子键键合,具有长期的稳定性。当前应用广泛的高压油压传感器,大部分均为溅射薄膜式油压传感器,虽然其制造成本高,但由于其精度高,长期稳定性好,温度敏感性好,从而广泛应用于船舶、工程机械等大中型液压设备中。


  四、结束语


  未来的技术发展将对油压传感器提出更高的要求,其产品特性将向微型化、智能化、专业化的方向发展。微型化的发展方向有益于压力传感器的OEM,减小传感器的体积将使得其在整机的设计中有更大的可选择性;智能化的发展方向避免了后续设备对传感器输出结果的再处理;应用于不同领域的专业化的油压传感器的发展,突出不同行业的应用,对油压传感器的电路设计,整体设计提出了更好的要求(如应用于发动机燃烧室内部的油压传感器要求传感器工作温度范围高达700oC)。


  参考文献


  [1]丁鹏。汽车油压传感器[J].中国电子商情:元器件市场, 2003.


  [2]时瑞浩。电子式汽车机油压力传感器的研究分析[J].科技资讯,2011.


  作者简介:李维龙(1982—),安徽合肥人,工程师,主要从事传感器及传感器系统研究。


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