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在工业过程控制和测量领域,压力变送器的选择至关重要。其核心传感技术直接决定了变送器的性能、成本和适用场景。目前,扩散硅、陶瓷和电容式是三种主流技术,它们各有千秋。
1. 扩散硅压力变送器
扩散硅技术是目前应用最广泛、综合性能最好的技术之一。
工作原理:在单晶硅片上通过扩散工艺形成惠斯通电桥。当压力作用于硅片时,其压阻效应导致桥路电阻变化,产生与压力成正比的电信号。
优势:
高精度、高稳定性:硅材料的优良特性使其具有极小的迟滞和重复性误差,长期稳定性好。
响应速度快:结构紧凑,动态响应特性优异。
测量范围广:可从微压到高压进行覆盖。
输出信号强:易于处理,抗干扰能力较好。
劣势:
耐温性相对较差:核心硅片对温度敏感,需进行精细的温度补偿。
耐腐蚀性有限:接触介质的隔离膜片材质要求高,对于强腐蚀介质需要特殊处理。
适用场景:绝大多数通用工业场合,如石油化工、水处理、暖通空调等,尤其适用于对精度和响应速度要求高的场合。
2. 陶瓷压力变送器(通常指厚膜陶瓷)
陶瓷传感器以其卓越的耐腐蚀和抗冲击能力著称,是性价比之选。
工作原理:在陶瓷膜片上印刷厚膜电阻并组成电桥。压力使陶瓷膜片产生微小形变,导致电阻值变化,从而检测压力。
优势:
极强的耐腐蚀性:陶瓷材质(如96%氧化铝)本身能抵御绝大多数强酸、强碱和腐蚀性介质的侵蚀。
抗过载、抗冲击能力强:结构坚固,不易损坏。
温度特性好:工作温度范围较宽,高温性能优于扩散硅。
成本较低:性价比高。
劣势:
精度和稳定性略逊于扩散硅:存在一定的迟滞,长期稳定性相对扩散硅稍差。
响应速度较慢:陶瓷膜片的刚性导致其微小形变响应不如硅片灵敏。
适用场景:恶劣工况、强腐蚀性介质、高粘度流体、食品医药行业及对成本敏感的应用。
3. 电容式压力变送器
电容式技术是经典的高精度方案,尤其在差压测量中占主导地位。
工作原理:利用压力差引起可动极板(测量膜片)的位移,改变两个固定极板之间的电容值,通过检测电容变化来测量压力。
优势:
极高的精度和灵敏度:非常适合测量微小的压力变化。
卓越的稳定性和重复性:基础物理原理稳定,受温度影响小。
过压保护能力强:传感器结构设计能承受极高的静压。
低功耗:静态工作时功耗极低。
劣势:
成本高昂:制造工艺复杂,价格通常最高。
对振动敏感:复杂的机械结构可能受机械振动影响。
响应速度相对较慢:相较于扩散硅。
适用场景:对精度要求极高的场合,如实验室、精密仪器、差压流量测量、以及高静压下的差压测量。