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[align=left]微型传感器是一个将被测量的装置,如位移、变形、强制、加速度、湿度、温度和其他物理量转换成电阻值。主要是电阻应变型、压阻型、热阻、热阻、气敏、湿敏电阻传感器器件。[/align]微型传感器中的应变仪具有金属的应变效应,即在外力作用下的机械变形,因此电阻值相应地改变。应变仪主要是金属和半导体。金属应变仪是线型、箔型、薄膜型。半导体应变片具有高灵敏度(通常是线型、箔型的几十倍)、的小横向效应。压阻式微型传感器是根据半导体材料的压阻效应通过半导体材料的衬底上的扩散电阻制造的器件。衬底可以直接用作测量传感元件,并且扩散电阻器在衬底中以桥的形式连接。当基板通过外力变形时,电阻值将改变,并且电桥将产生相应的不平衡输出。用作压阻式微型传感器的基板(或隔膜)主要由硅晶片和钽制成。由敏感材料制成的硅压阻传感器受到越来越多的关注,特别是在测量压力时。并且固态压阻式微型传感器应用的速度是通用的。微型传感器的滞后特性表征前进(输入增加)和反向(输入增加)冲程输入特性曲线之间的不一致程度。通常,使用两条曲线之间的较大差ΔMAX。满量程输出FS的百分比表示滞后可能是由微型传感器内部元件中的能量吸收引起的。微型传感器变化很大,甚至不同工作原理的微型传感器也可用于相同类型的测量。因此,必须使用合适的传感器。(1)微型传感器的测量条件如果错误选择微型传感器,系统的可靠性将会降低。为此,从系统的整体考虑,要清楚地了解使用目的和使用传感器的需要,永远不要使用不合适的微型传感器和不必要的传感器。测量条件如下:测量目的,测量量的选择,测量范围,输入信号的带宽,所需的精度,测量所需的时间以及过量输入的发生频率。(2)微型传感器性能选择微型传感器时,请考虑传感器的以下特性,即精度,稳定性,响应速度,模拟信号或数字号,输出及其电平,被测物体特性的影响,校准周期以及过度 - 反保护。(3)微型传感器的使用条件微型传感器的使用条件是设定位置,环境(湿度、温度、振动等),测量时间,显示器之间的信号传输距离,与外围设备的连接,电源容量。微型传感器包含范围:[color=#333333]气体流量传感器丨绝对压力变送器丨微量氧传感器丨ph传感器丨水管温度传感器丨[/color]气体压力传感器[color=#333333]丨气压感应器丨[/color][color=#333333]电化学传感器丨数字温湿度[/color][color=#333333]传感器丨煤气检测传感器丨h2传感器丨风速传感器丨压电薄膜传感器丨超声波液位传感器[/color][color=#333333]丨[/color][color=#333333]微型压力传感器丨[/color]湿度传感器[color=#333333]丨[/color]微型传感器https://mall.ofweek.com/2071.html[color=#333333]丨壁挂式温度变送器[/color][color=#333333]丨[/color]气体传感器[color=#333333]丨[/color][color=#333333]一氧化碳传感器丨[/color][color=#333333]氧气传感器丨[/color][color=#333333]光纤传感器丨超声波传感器丨[/color][color=#333333]超声波风速传感器丨[/color][color=#333333]压阻式压力变送器丨[/color][color=#333333]voc传感器丨称重传感[/color][color=#333333]器[/color][color=#333333]丨气压传感器丨[/color][color=#333333]硫化氢传感器丨[/color][color=#333333]流量传感器[/color][color=#333333]丨[/color][color=#333333]电流传感器丨[/color][color=#333333]光离子传感器丨ph3传感器丨二[/color][color=#333333]氧化碳传感器丨百分氧传感器丨[/color][color=#333333]co2气体传感器丨位置传感器丨[/color][color=#333333]bm传感器丨风速传感器丨电流传感器[/color][color=#333333]丨[/color][color=#333333]气压传感器丨压力传感器丨meas压力[/color][color=#333333]传感器丨甲烷传感器丨传感器https://mall.ofweek.com/category_5.html丨微流量传感器丨光纤应变传感器丨一氧化氮传感器丨三合一传感器丨sst传感器丨gss传感器丨ch4传感器丨氟利昂传感器丨硫化物传感器丨o3传感器丨双气传感器丨透明度传感器丨二氧化硫传感器丨氰化氢传感器丨煤气检测传感器丨燃气检测传感器丨电流氧传感器[/color]
[size=16px][color=#339999]摘要:为解决石英晶体微量天平这类压电传感器频率温度特性全自动测量中存在的温度控制精度差和测试效率低的问题,本文在TEC半导体制冷技术基础上,提出了小尺寸、高精度和全自动程序温控的解决方案,给出了温控装置的详细结构和实现高精度温度程序控制的具体手段。解决方案在为压电传感器频率温度特性测量提供精密温控能力的同时,关键是可快速进行全过程的自动温度程序运行,由此既保证精度又提高效率。[/color][/size][size=16px][color=#339999][/color][/size][align=center][size=16px][img=TEC半导体制冷加热式微型高精度温度环境试验箱在压电传感器频率温度特性测试中的应用,550,309]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302141513442750_3958_3221506_3.jpg!w690x388.jpg[/img][/size][/align][b][size=18px][color=#339999]1. 问题的提出[/color][/size][/b][size=16px] 石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)作为一种超高灵敏的质量检测装置,其测量精度可达纳克级,并广泛应用于化学、物理、生物、医学和表面科学等领域中,用以进行气体、液体的成分分析以及微质量的测量、薄膜厚度及粘弹性结构检测等。石英晶体微天平实际上是一种压电传感器,它利用了石英晶体的压电效应,将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化,进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的测量结果。石英晶体微天平除了具有高灵敏度高和高精度之外,最大特点是结构简单和成本低,它由一薄的石英片组成,两侧金属化,提供电接触。QCM的工作原理类似于用于时间和频率控制的晶体振荡器,但QCM表面常暴露在周围环境中,且对环境温度变化非常敏感,QCM的一个重要技术指标就是频率温度特性。在QCM的具体应用中,温度变化会严重影响QCM测量结果,因此准确测量频率温度特性是表征评价QCM的一项重要内容。但在目前的各种频率温度特性测试装置中,特别是高精度温度控制装置,还存在以下问题:[/size][size=16px] (1)在常用的-10~+70℃的温度范围内需要对QCM进行多个设定点的高精度温度控制和频率测量,而目前常用温控技术往往控制精度偏低,若提高控制精度又带来测试时间过长的问题。[/size][size=16px] (2)专门用于压电晶体频率温度特性测试的恒温装置往往体积普遍偏大,内部温度均匀性较差,同样会带来温控精度差的问题,仅能用于批量压电晶体较低精度的频率温度特性测试。[/size][size=16px] (3)尽管采用了TEC半导体制冷技术可实现QCM的高精度温度控制,实现了小型化和快速温控和频率测量,但存在的问题是多个温度点的自动化程序控制能力差,无法实现全温度区间内多个温度点的自动控制和频率测量。[/size][size=16px] 为了解决QCM这类压电传感器频率温度特性全自动测量中存在的上述问题,本文在TEC半导体制冷技术基础上,提出了高精度和全自动程序温控的解决方案,给出了温控装置的详细结构和实现高精度温度程序控制的具体手段。解决方案在为压电传感器频率温度特性测量提供精密温控能力的同时,关键是可快速进行全过程的自动温度程序运行,由此既保证精度又提高效率。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 为了进行石英精度微天平(QCM)的频率温度特性测量,需要将QCM放置在一个受控的热环境中。为了提高热环境的温度控制精度,热环境的尺寸空间较小,并采用TEC模组进行加热和制冷,整个热控装置的结构如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=压电传感器频率温度测量温控系统示意图,690,209]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302141516237559_7391_3221506_3.jpg!w690x209.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 石英精度微天平频率温度特性温控装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图1所示,TEC被放置在铝制均热套和散热器之间,铝制均热套作为热稳定工作的密闭腔体,为整个腔体提供均匀的温度环境。散热器直接浸泡在水浴中使得TEC的工作表面达到较低的负温度,散热器也可以直接采用水冷板,水冷板内通循环冷却水。[/size][size=16px] 另外,在频率温度特性测试过程中,TEC要提供高低温范围内温度控制,那么在高低温运行时,TEC工作表面和散热器之间存在较大差异,因此,在TEC周围布置隔热材料以减少其两侧之间的热流,从而增加TEC工作面的温度均匀性。[/size][size=16px] 铝制均热套放置在TEC工作表面的顶部,在均热套与TEC之间采用银胶以减小均热套与TEC工作表面之间的接触热阻,铝制均热套被隔热材料包裹以减少与环境的热交换。[/size][size=16px] 在铝制均热套内布置了两只电阻型温度传感器,其中一只安装在铝制均热套的侧壁上作为控温传感器,此温度信号提供给超高精度的PID控制器进行温度自动控制。另一只用来测量固定在铝制支架上的QCM组件温度。[/size][size=16px] 在图1所示的温控装置中,为满足不同尺寸和结构的TEC温控装置,采用了独立的TEC换向电源以满足不同加热功率的需要。在温控器方面,则采用了超高精度的PID控制器,可直接对TEC进行加热制冷双向控制,其中AD为24位,DA为16位,最小输出百分比为0.01%,PID参数自整定,可编程程序控制,由此可实现高精度的温度控制。[/size][size=16px] 对于图1所示结构的温控装置,在全温区范围内设定点从-10变化到+70℃,步进5℃,其温度控制可实现±12mK的温度稳定性和±15mK的设定值精度。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 上述压电传感器频率温度特性测试的温控解决方案,主要具备以下几个特点:[/size][size=16px] (1)采用了TEC半导体制冷组件,可低成本的实现压电传感器频率温度特性测试过程中的精密温度控制,并使得整个频率温度特性测试装置的体积非常小巧。[/size][size=16px] (2)整个温控结构的设计简便,但可以实现0.02℃以内的控制精度和重复性,完全能满足各种压电传感器的频率温度特性测试需要。[/size][size=16px] (3)由于采用了目前最高精度的工业级可编程PID控制器,具有24位AD、16位DA和0.01%的最小输出百分比,这是实现高精度TEC温度控制的必要条件。[/size][size=16px] (4)高精度的可编程PID控制器可按照设定程序进行全测试过程的温度自动控制,设定程序可通过随机的计算机软件进行编辑和修改,控制过程参数可自动进行显示和存储。[/size][size=16px] 总之,本文为实现高精度、简便小巧和低价格的压电传感器频率温度特性测试中的温度控制提供了切实可行的解决方案,为单个或少量压电传感器稳频特性评价提供了有效的技术途径。[/size][size=16px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
[b] 电涡流传感器的分类,[/b]按照电涡流在导体内的贯穿情况,此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类,但从基本工作原理上来说仍是相似的。[align=center][img=电涡流传感器的分类]http://www.cxinstrument.com/uploads/191015/1-1910151613553P.jpg[/img][/align]http://www.cxinstrument.com/ 高频反射式电涡流传感器 电涡流传感器分类 高频(》1兆赫兹)激励电流,产生的高频磁场作用于金属板的表面,由于集肤效应,在金属板表面将形成涡电流。与此同时,该涡流产生的交变磁场又反作用于线圈,引起线圈自感L或阻抗ZL的变化,其变化与距离、金属板的电阻率ρ、磁导率μ、激励电流i,及角频率ω等有关,若只改变距离δ而保持其他系数不变,则可将位移的变化转换为线圈自感的变化,通过测量电路转换为电压输出。高频反射式涡流传感器多用于位移测量。 低频透射式电涡流传感器 电涡流传感器分类 低频透射式涡流传感器多用于测定材料厚度。发射线圈W1和接收线圈W2分别放在被测材料G的上下,低频电压e1加到线圈W1的两端后,在周围空间产生一交变磁场,并在被测材料G中产生涡流i,此涡流损耗了部分能量,使贯穿W2的磁力线减少,从而使W2产生的感应电势e2减小。e2的大小与G的厚度及材料性质有关,实验证明,e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按e2的变化便可测得材料的厚度。 电涡流式传感器的测量电路 利用电涡流式变换元件进行测量时,为了得到较强的电涡流效应,通常激磁线圈工作在较高频率下,所以信号转换电路主要有调幅电路和调频电路两种。 调幅式(AM)电路 当电涡流线圈与被测体的距离x改变时,电涡流线圈的电感量L也随之改变,引起LC振荡器的输出频率变化,此频率可直接用计算机测量。