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力士樂(lè)Rexroth壓力傳感器HM20-20/400-C-K35
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力士樂(lè)Rexroth壓力傳感器HM20-20/400-C-K35

壓力傳感器（PressureTransducer）是能感受壓力信號(hào)，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號(hào)的器件或裝置。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。按不同的測(cè)試壓力類(lèi)型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。
壓力傳感器種類(lèi)與工作原理介紹
1、壓電壓力傳感器

原理：主要由于壓電效應(yīng)的產(chǎn)生形成的原理情況。壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英|二氧化硅是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)*消失。高溫就是所謂的居里點(diǎn)。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微小，即壓電系數(shù)較低，石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。壓電效應(yīng)應(yīng)用在多晶體上，如壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

應(yīng)用：壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量與真空度的測(cè)量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來(lái)測(cè)量在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力，也可以用來(lái)測(cè)量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，比如說(shuō)心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

2、應(yīng)變片壓力傳感器

原理：因?yàn)閺V泛使用的壓阻式壓力傳感器，其金屬電阻應(yīng)變片工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。

電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：電阻應(yīng)變片由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

HM20-2X/10-C-K35

HM20-2X/50-C-K35
HM20-2X/100-C-K35
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電路設(shè)計(jì)是傳感器是否*的關(guān)鍵因素，由于傳感器輸出端都是很微小的信號(hào)，如果因?yàn)樵肼晫?dǎo)致有用的信號(hào)被淹沒(méi)，那就得不償失了，所以加強(qiáng)傳感器電路的抗干擾設(shè)計(jì)尤為重要。在這之前，我們必須了解傳感器電路噪聲的來(lái)源，以便找出更好的方法來(lái)降低噪聲。總的來(lái)說(shuō)，傳感器電路噪聲主要有一下七種：

低頻噪聲
低頻噪聲主要是由于內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的，在電流流過(guò)時(shí)，會(huì)使電阻的導(dǎo)電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類(lèi)似接觸不良的閃爆電弧。另外，晶體管也可能產(chǎn)生相似的爆裂噪聲和閃爍噪聲，其產(chǎn)生機(jī)理與電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也與晶體管的摻雜程度有關(guān)。

半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的散粒噪聲
由于半導(dǎo)體 PN 結(jié)兩端勢(shì)壘區(qū)電壓的變化引起累積在此區(qū)域的電荷數(shù)量改變，從而顯現(xiàn)出電容效應(yīng)。當(dāng)外加正向電壓升高時(shí)，N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴向耗盡區(qū)運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于對(duì)電容充電。當(dāng)正向電壓減小時(shí)，它又使電子和空穴遠(yuǎn)離耗盡區(qū)，相當(dāng)于電容放電。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，耗盡區(qū)的變化相反。當(dāng)電流流經(jīng)勢(shì)壘區(qū)時(shí)，這種變化會(huì)引起流過(guò)勢(shì)壘區(qū)的電流產(chǎn)生微小波動(dòng)，從而產(chǎn)生電流噪聲。其產(chǎn)生噪聲的大小與溫度、頻帶寬度△f 成正比。

高頻熱噪聲
高頻熱噪聲是由于導(dǎo)電體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。溫度越高，電子運(yùn)動(dòng)就越激烈。導(dǎo)體內(nèi)部電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)在其內(nèi)部形成很多微小的電流波動(dòng)，因其是無(wú)序運(yùn)動(dòng)，故它的平均總電流為零，但當(dāng)它作為一個(gè)元件(或作為電路的一部分)被接入放大電路后，其內(nèi)部的電流就會(huì)被放大成為噪聲源，特別是對(duì)工作在高頻頻段內(nèi)的電路高頻熱噪聲影響尤甚。

通常在工頻內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路熱噪聲的影響就越大。以一個(gè) 1kΩ的電阻為例，如果電路的通頻帶為 1MHz，則呈現(xiàn)在電阻兩端的開(kāi)路電壓噪聲有效值為 4μV(設(shè)溫度為室溫 T=290K)?？雌饋?lái)噪聲的電動(dòng)勢(shì)并不大，但假設(shè)將其接入一個(gè)增益為 106 倍的放大電路時(shí)，其輸出噪聲可達(dá) 4V，這時(shí)對(duì)電路的干擾就很大了。

電路板上的電磁元件的干擾
許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件，在電流通過(guò)時(shí)其線圈的電感和外殼的分布電容向周?chē)椛淠芰?，其能量?huì)對(duì)周?chē)碾娐樊a(chǎn)生干擾。像繼電器等元件其反復(fù)工作，通斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時(shí)浪涌電流，這種瞬間的高壓對(duì)電路將產(chǎn)生沖擊，從而嚴(yán)重干擾電路的正常工作。

晶體管的噪聲
晶體管的噪聲主要有熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲。
熱噪聲是由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)通過(guò) BJT 內(nèi) 3 個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中 rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主要的。
通常所說(shuō)的 BJT 中的電流，只是一個(gè)平均值。實(shí)際上通過(guò)發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個(gè)瞬時(shí)都不相同，因而發(fā)射極電流或集電極電流都有無(wú)規(guī)則的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生散粒噪聲。
由于半導(dǎo)體材料及制造工藝水平使得晶體管表面清潔處理不好而引起的噪聲稱(chēng)為閃爍噪聲。它與半導(dǎo)體表面少數(shù)載流子的復(fù)合有關(guān)，表現(xiàn)為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱(chēng) 1/f 噪聲。它主要在低頻(kHz 以下)范圍起主要作用。

電阻器的噪聲
電阻的干擾來(lái)自于電阻中的電感、電容效應(yīng)和電阻自身的熱噪聲。例如一個(gè)阻值為 R 的實(shí)芯電阻，可等效為電阻 R、寄生電容 C、寄生電感 L 的串并聯(lián)。寄生電容為 0.1～0.5pF，寄生電感為 5～8nH。在頻率高于 1MHz 時(shí)，這些寄生電感電容就不可無(wú)視了。

電阻都產(chǎn)生熱噪聲，一個(gè)阻值為 R 的電阻(或 BJT 的體電阻、FET 的溝道電阻)未接入電路時(shí)，在頻帶 B 內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓式中：k 為玻爾茲曼常數(shù);T 是溫度(單位：K)。熱噪聲電壓自身是一個(gè)非周期變化的時(shí)間函數(shù)，它的頻率范圍是很寬廣。所以寬頻帶放大電路受噪聲的影響比窄頻帶大。

電阻產(chǎn)生接觸噪聲，接觸噪聲電壓式中：I 為流過(guò)電阻的電流均方值;f 為頻率;k 是與資料幾何外形有關(guān)的常數(shù)。因?yàn)?Vc 在低頻段起著重要的作用，所以它是低頻傳感器的主要噪聲源。

集成電路的噪聲
集成電路的噪聲干擾一般有兩種：一種是輻射式，一種是傳導(dǎo)式。這些噪聲尖刺對(duì)于接在同一交流電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大影響。噪聲頻譜擴(kuò)展至 100MHz 以上。在實(shí)驗(yàn)室中，可以用高頻示波器(100MHz 以上)觀察一般單片機(jī)系統(tǒng)板上某個(gè)集成電路電源與地引腳之間的波形，會(huì)看到噪聲尖刺峰 - 峰值可達(dá)數(shù)百毫伏甚至伏級(jí)。

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