电容式薄膜绝对压力传感器原理

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电容式薄膜真空计的结构及工作原理

电容式薄膜真空计的结构及工作原理

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
电容式薄膜真空计的结构及工作原理
根据弹性薄膜在压差作用下产生形变而引起电容变化的原理制成的真
空计称为电容薄膜真空计。

它由电容式薄膜规管(又称为电容式压力传感器)
和测量仪器两部分组成。

根据测量电容的不同方法,仪器结构有偏位法和零位
法两种。

零位法是一种补偿法,具有较高的测量精度。

目前在计量部门作为低
真空副标准真空计的就是采用零位法结构。

如下电容式薄膜规管的中间装着一张金属弹性膜片,在膜片的一侧装有
一个固定电极,当膜片两侧的压差为零时,固定电极与膜片形成一个静态电容
C0,它与电容C1 串联后作为测量电桥的一条桥臂,电容C2、C3、C4 与C5 的串联组成其他三条桥臂。

金属弹性膜片将薄膜真空计隔离成两个室,分别为接被测真空系统的测
量室和接高真空系统(pb 小于10-3Pa)的参考压力室。

在这两个室的连通管道上设置一个高真空阀门7。

测量时,先将阀门7 打开,用高真空抽气系统将规管内膜片两侧的空间抽至参考压力pb,同时调节测量电桥电路,使之平衡,即指示仪表指零。

然后,关闭阀门7,测量室接通被测真空系统。

当被测压力p1 pb 时,由于规管中的压力差p1-pb,膜片发生应变引起电容C0 改变,破坏了测量电桥电路的平衡,指示仪表上亦有相应的指示。

调节直流补偿电源电压对电容C0 充电,使其静电力与压差相等,此时,电桥电路重新达到平衡,指示仪表又重新
指零。

根据补偿电压的大小,就能得出被测压力p1,故有
式中:p1 被测压力;
pb 参考压力;。

薄膜传感器的原理及应用

薄膜传感器的原理及应用

薄膜传感器的原理及应用1. 薄膜传感器的概述薄膜传感器是一种基于薄膜材料的传感器,利用薄膜材料的特性来测量和检测各种物理量。

薄膜传感器具有小巧轻便、灵敏度高、可靠性好等优点,已被广泛应用于工业自动化、生物医学、环境监测等领域。

2. 薄膜传感器的工作原理薄膜传感器的工作原理基于薄膜材料在外部作用下的物理和化学变化。

常见的薄膜材料包括聚合物薄膜、金属薄膜和半导体薄膜等。

2.1 聚合物薄膜传感器聚合物薄膜传感器的工作原理是利用聚合物材料在吸附物质后的体积或电学性质的变化来测量和检测物质的浓度、压力等物理量。

当目标物质接触到聚合物薄膜时,聚合物膨胀或溶解,并产生相应的电信号。

2.2 金属薄膜传感器金属薄膜传感器的工作原理是利用金属膜的电阻、电容或感应变化来检测外部物理量。

当外部物理量作用在金属薄膜上时,金属膜的电学性质会发生变化,从而产生相应的电信号。

2.3 半导体薄膜传感器半导体薄膜传感器的工作原理是基于半导体薄膜材料在外界作用下的电学性质变化。

半导体薄膜传感器通常由一层或多层半导体薄膜组成,当目标物质接触到薄膜表面时,薄膜的电阻或电容会发生变化,从而产生相应的电信号。

3. 薄膜传感器的应用领域薄膜传感器具有广泛的应用领域,以下列举了几个典型的应用领域:•工业自动化:薄膜传感器可用于测量温度、压力、流量等工业过程中的物理量,用于控制和监测生产过程。

•生物医学:薄膜传感器可用于测量生物体内的体温、血压、心率等生理参数,用于医学监测和诊断。

•环境监测:薄膜传感器可用于检测大气中的污染物浓度、土壤中的湿度、水质中的PH值等环境参数,用于环境监测和保护。

•智能穿戴设备:薄膜传感器可用于智能手表、智能眼镜等设备中,用于检测人体姿态、运动状态等信息。

•汽车工业:薄膜传感器可用于汽车中的空气质量监测、胎压监测等应用,提高汽车驾驶的安全性和舒适性。

4. 薄膜传感器的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的扩展,薄膜传感器也在不断发展和创新。

薄膜传感器的原理

薄膜传感器的原理

薄膜传感器的原理嘿,朋友们!今天咱来聊聊薄膜传感器的原理,这可真是个神奇又有趣的玩意儿啊!你想想看,薄膜传感器就像是一个超级敏锐的小侦探,时刻准备着捕捉各种细微的变化。

它的工作原理呢,其实就好比是我们的眼睛和耳朵,能察觉到那些我们可能忽略的小细节。

薄膜传感器是由一层薄薄的材料制成的,这层材料可不得了,它就像是有魔法一样,能够对周围的环境变化做出反应。

比如说温度啦、压力啦、湿度啦等等。

就好像我们人对冷了热了有感觉,它也能敏锐地察觉到这些变化呢!它的工作过程呢,就像是一个精确的舞者,每一个动作都恰到好处。

当外界的刺激来临,比如压力施加在它上面,这层薄膜就会像弹簧一样产生微小的变形。

嘿,这一变形可就不得了啦,它就会发出信号,告诉我们这里有情况啦!是不是很神奇?再打个比方,薄膜传感器就像是一个超级敏感的含羞草,稍微一碰它,它就会有反应。

只不过它的反应不是收缩,而是通过电信号之类的方式告诉我们发生了什么。

你说这小小的薄膜传感器,怎么就能这么厉害呢?它就像是隐藏在各种设备里的小秘密武器,默默地为我们服务着。

比如在我们的手机里、汽车里、家里的各种电器里,都有它的身影呢!它能让我们的手机屏幕对我们的触摸做出精准的反应,能让汽车知道轮胎的压力是不是正常,还能让家里的温度控制器准确地调节温度。

哇塞,这可真是太重要啦!要是没有它,我们的生活得变得多不方便呀!而且啊,薄膜传感器的种类还特别多呢!有测这个的,有测那个的,就像一个庞大的家族,每个成员都有自己独特的本领。

有的专门对付压力,有的擅长检测温度,还有的对湿度特别敏感。

它们就像是一群各有所长的小伙伴,一起为我们的生活保驾护航。

想想看,要是没有这些小小的薄膜传感器,我们的生活该少了多少乐趣和便利呀!它们就像是那些默默付出的幕后英雄,不张扬,但却无比重要。

所以说呀,薄膜传感器可真是个了不起的东西!它虽然小小的,却有着大大的能量。

它让我们的生活变得更加智能、更加舒适。

我们真应该好好珍惜和利用它,让它为我们创造更多的美好呢!这就是薄膜传感器的原理,是不是很有意思呀?。

薄膜式压力传感器工作原理

薄膜式压力传感器工作原理

薄膜式压力传感器工作原理嘿,朋友们!今天咱来聊聊薄膜式压力传感器的工作原理,这可有意思啦!你可以把薄膜式压力传感器想象成一个超级敏感的小侦探。

它的工作原理呢,就像是小侦探在时刻留意着周围的动静。

这个小侦探啊,由一个很薄很薄的膜片组成,就像人的皮肤一样敏感。

当有压力作用在这个膜片上时,就好比有人轻轻拍了一下小侦探的肩膀,它马上就能感觉到。

这时候,膜片就会产生微小的变形,这变形可不得了,它就像是小侦探发出的信号。

这个信号会被转化成电信号,然后通过一些线路传递出去。

这不就跟咱人一样嘛,咱被碰一下,会有感觉,然后大脑会知道。

薄膜式压力传感器也是这样,它能快速准确地感知压力的变化,并把这个信息传递出去。

你说这神奇不神奇?它能检测到极其微小的压力变化呢!那它都能用在啥地方呢?哎呀,那可多了去啦!比如在医疗领域,它可以检测病人的血压、呼吸等重要信息,就像医生的小助手一样。

在工业上呢,能监测机器的运行状态,要是机器哪里压力不太对劲,它能第一时间告诉人们。

再想想看,要是没有薄膜式压力传感器,那得多不方便啊!很多重要的设备可能就没法正常工作了,医疗诊断也可能没那么精准了。

所以说,它虽然看起来小小的,可作用大着呢!而且啊,它还特别耐用,就像一个坚强的小战士,不管环境多恶劣,它都能坚守岗位。

它还很稳定,不会随便出毛病,让人特别放心。

咱平时生活中可能不太会注意到它,但它却在默默地为我们服务呢!是不是很厉害?它就像一个幕后英雄,不声不响地发挥着巨大的作用。

总之啊,薄膜式压力传感器真的是个了不起的东西。

它用它那小小的身躯,为我们的生活和工作带来了那么多的便利和保障。

咱可得好好感谢它呢!这就是薄膜式压力传感器的工作原理,你明白了吗?原创不易,请尊重原创,谢谢!。

电容式传感器原理及其应用PPT课件

电容式传感器原理及其应用PPT课件

2.1 变面积式电容传感器
变面积式电容式传感器通常分为线位移型 和角位移型两大类。
〔1〕线位移变面积型
常用的线位移变面积型电容式传感器可分 为平面线位移型和柱面线位移型两种结 构。
➢ 对于平板状结构,在图4-2〔a〕中,两极板有效覆盖面积就发生变化,电容 量也随之改变,其值为:

➢ 式中,
,为初始电容值。
➢ 当电容式传感器的电介质改变时,其介电常数变化, 也会引起电容量发生变化。
➢ 变介电常数式电容传感器就是通过介质的改变来实 现对被测量的检测,并通过传感器的电容量的变化 反映出来。它通常可以分为柱式和平板式两种,如 下图。
〔a〕柱式
〔b〕平板式
变介电常数式电容传感器
➢ 变介电常数式电容传感器的两极板间假设存在导电 物质,还应该在极板外表涂上绝缘层,防止极板短 路,如涂上聚四氟乙烯薄膜。
➢ 电桥的输出电压为:
2.2 变压器电桥电路
电容式传感器接入变压器电桥测量电路如下图,它可 分为单臂接法和差动接法两种。
〔a〕单臂接法
〔b〕差动接法
〔1〕单臂接法
图4-8(a)所示为单臂接法的变压器桥式测量电路,高 频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上,电容 构成电桥的四个臂,其中 为电容传感器。
〔a〕电容器的边缘效应
〔b〕带有等位环的平板式电容器
图4-14 等位环消除电容边缘效应原理图
〔2〕保证绝缘材料的绝缘性能 ① 温度、湿度等环境的变化是影响传感器中绝缘材料
性能的主要因素。 ②传感器的电极外表不便清洗,应加以密封,可防尘、
防潮。 ③ 尽量采用空气、云母等介电常数的温度系数几乎为
零的电介质作为电容式传感器的电介质。 ④ 传感器内所有的零件应先进行清洗、烘干后再装配。

电容式传感器的工作原理及其在压力测量中的应用

电容式传感器的工作原理及其在压力测量中的应用
C0=ε0εrA0d0 式中: εr 为介质相对介电常数; d0 为两极板间距离; A0 两极板间初始覆盖面积,当θ ≠0 时, 则
C1=ε0εrA0 从上式可以看出, 传感器的电容量 C 与角位移θ呈线性关系。
2.3 变介质型电容式传感器 因为各种介质相对介质常数不同,所以在电容器两极板间插入不同介质时,电容器的电
2.电容式传感器的基本工作原理 以储存电荷为目的制成的元件称为电容器。由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平
板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为
c A 0r A dd
平行板电容器
ε为电容极板间介质的介电常数, ε0 =8.83×10-12F/m,其中ε0 为真空介 电常数, εr 为极板间介质相对介电常数; A 为两平行板所覆盖的面积; d 为两平行板之间的距离。
近年来随着科学技术的发展,电容式传感器的缺点不断地被克服,应用也越来越广泛,尤其 是出现了数字式智能化的电容式传感器,它是一种先进的数字式测量系统。将其测量部件技 术与微处理器的计算功能结合为一体,使得测量仪表至控制仪表成为全数字化系统。数字式 智能化传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的传感器提高了很多。 2011 年,美国 Consensic 公司推出革命性新型微机电(MEMS)智能电容式压力传感器 CPS120,是全世界唯一一家数字式 MEMS 电容式压力传感器的厂商。 CPS120 智能压力传感器基于系统级封装解决方案(SIP),包含超小型电容式 MEMS 绝对压 力传感单元,同时集成智能高精度数字电路(ASIC)和温度传感器。相比其他压力传感器 厂商传统的压阻式(PRT)绝对压力传感器,电容式压力传感器可以提供更高的精度、更低 的功耗、更好的稳定性和一致性、以及工作在极端温度、湿度环境下的超强能力。 除了 CPS120 以外,已有 MEMS 电容式加速度传感器、MEMS 硅膜电容式气象压力传感器 等一系列智能传感器问世。总之,随着传感器技术的发展,电容式传感器的形式将会多种多样, 其形式应以非接触式为研制重点。其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全 面性能的进一步提高,同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。 6.总结

电容式传感器资料课件

电容式传感器资料课件

软件校准
通过修改传感器的软件算 法,如补偿算法、滤波算 法等,来提高传感器的测 量精度。
综合校准
结合硬件和软件两种方式 ,对传感器进行全面校准 。
电容式传感器的标定实验及数据处理
实验设计
根据传感器的工作原理和实际应用场景,设 计标定实验方案。
数据采集
在实验过程中,采集传感器在不同条件下的 输出数据。
电容式传感器在温度测量中的应用
总结词
高精度、快速响应、稳定性好
详细描述
电容式传感器可将温度变化转化为电容量的变化,从而实现 对温度的精确测量。具有高精度、快速响应、稳定性好等优 点,适用于各种需要温度测量的场合,如环境监测、医疗设 备、工业生产等。
05
电容式传感器的校准与标 定
电容式传感器的误差来源及影响分析
展望电容式传感器的未来发展方向
高性能化 随着科技的不断进步,电容式传 感器的性能将不断提高,测量精 度和灵敏度将得到进一步提升。
微型化 随着微纳制造技术的发展,未来 的电容式传感器将更加微型化, 能够应用于更小的空间和更复杂 的场景。
智能化 未来的电容式传感器将更加智能 化,具备自校准、自补偿、自诊 断等功能,能够更好地适应复杂 环境下的测量需求。
电容式传感器所面临的挑战与对策
温度影响
电容式传感器的电容值会随温度变化而变化,给测量带来误差。为了减小温度影响,需要 采用温度补偿技术、选用具有良好温度特性的材料以及优化传感器结构设计等措施。
交叉灵敏
交叉灵敏是指电容式传感器对不同方向的干扰敏感,导致测量误差。为了减小交叉灵敏影 响,需要优化传感器结构设计、选用具有良好方向特性的材料以及采用信号处理技术等措 施。
电极材料
根据应用场景和敏感材料 选择电极材料,如金、银 、不锈钢等。

电容式传感器工作原理、特点和测量电路

电容式传感器工作原理、特点和测量电路


C C0
d d0
[ 1
1
d
]
d0
d / d0时,1则上式可按级数展开,故得
2
3
C C0
d d0
[1
d d0
d d0
d d0
...]
4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
由上式可见,输出电容的相对变化量ΔC/C与输
入位移Δd之间呈非线性关系。当 略去高次项,得到近似的线性:
d/d时0 ,可1
4.1电容式传感器的工作原理和结构
电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介 质型三种类型。
在实际使用时,电容式传感器常以改变改变平行 板间距d来进行测量,因为这样获得的测量灵敏度 高于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d的传感器可以测量微米数量级 的位移,而改变面积A的传感器只适用于测量厘米 数量级的位移。
4.1电容式传感器的工作原理和结构
当动极板相对于定极板延长度a方向平移Δx时,
可得:
CCC00drbx
式中 为
C0 0rb为a初d始电容。电容相对变化量
C x C0 a
很明显,这种形式的传感器其电容量C与水平位
移Δx是线性关系,因而其量程不受线性范围的限
制,适合于测量较大的直线位移和角位移。它的灵
当差动式平板电容器动极板位移Δd时,电容器C0的
间隙d1变为d0-Δd,电容器C2的间隙d2变为d0+Δd则
C1
C
0
1
1 d
d0
C2
C0
1 1 d
d0
4.2 电容式传感器的灵敏度及非线性
在 d/d时0 ,1则按级数展开:
C 1C 0[1 dd 0( dd 0)2( dd 0)3...]
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MKS电容式薄膜压力传感器电气连接
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
MKS Confidential 12
定义 不连接 压力信号输出 0~10VDC 不连接 不连接 电源公共端 -15 VDC +15 VDC 不连接 不连接 不连接 不连接 压力信号公共端 不连接 不连接 外壳地
631B 高温 Baratron
MKS Confidential
10
MKS电容式薄膜压力传感器系列
Model 622A 623A 624B D24B 625B D25B 626A 627B 627C D27B E27B E27C 628B 628C D28B E28B E28C 629B E29B 631A 631B 632B 722A 727A 728A DMA-Amb DMA-45 DMA-80
1 0 V
可控范围
1 . 0
Co ol n t r Re a n g 0 . 1
2
3
. 0 1 Rn e g a d i 读数范围 Re a n g 1 m V Ru e tn si oo l
4
5
6
零点压力 Pu rs er se
Zig e rn o
压力分辨率 Pu rs er se
7
MKS Confidential
Etch NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO YES YES NO NO NO YES YES NO YES NO NO NO NO NO NO NO NO NO
Small Size NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO YES YES YES NO NO NO

• •
890/892 压力传感器
• • • •
满量程范围: 20 ~ 3000PSI 精度: 读数值的 ± 1% 电源电压: +13VDC ~ +32VDC 输出信号: 0 ~ 10V 0 ~ 5V 4 ~ 20mA
电源电压: ±15VDC 或 +24VDC 输出信号: 0 ~ 10V 或 0~5V
解决方法 Rtn ei so o l u Z e oin e降低温度依赖i e r mf t op f TC e c
0 0
真实压力 T r u e Pr rs ee s u
满量程a Fc u l l l S e
Ne o a n r Li i ny t 非线性 Hs ye s i t s e r 滞后 非重复性 N pb o e iy n ai Ra e l t t 满量程温度系数 S e oi t p mf e a p f n n C T e i c
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
现代电容式薄膜绝对压力传感器原理
G t e p tP tu e o r m 通过真空泵维 M ao ii w n tL a n 持在高真空参 RP e rr f cs e e r es n u e e
考压力下
RS e i t fc ed r ee n e 在超高真空下a VV e a rh y c Hm i g u u
MKS Confidential
Temp Ambient Ambient 45° C 45° C 100° C 100° C Ambient 45° C 45° C 45° C 45° C 45° C 100° C 100° C 100° C 100° C 100° C 45/100° C 45/100° C 150/200° C 150/200° C 150/200° C Ambient 45° C 100° C Ambient 45° C 80° C
隔膜 D ih a p r a g m E lt e c r o d 电子组件 e A sy s e m b l
至电子部件 n To o i Es lt c e c r
M et a s u r e m n 测量面e S i d e
R e fc e r e n 参考面 e S i d e
MKS Confidential
O u tt p 输出 u
1 0 V
C o n t r o l R a n g e
1 . 0ຫໍສະໝຸດ 0 . 1. 0 1 R eg a d i n R a n g e 1 m V
零点 Z e r o
Py零点 r r o p e N S Li o 满量程 t p ia a 线性 r nn e t y 调整的l A dr d j ee u s 失调 d 失调f O o O 失调o e u t o u t f 比例t Z A d j t A Confidential u d s . j MKS u s t .
11
Trip Relay Comm Port Dual Range NO Terminal Strip NO YES 15 pin-D NO YES 15 pin-D NO YES 15 pin-D YES YES 15 pin-D NO YES 15 pin-D YES NO 15 pin-D NO NO 15 pin-D NO NO EtherNet NO NO 15 pin-D YES NO 15 pin-D NO NO EtherNet NO NO 15 pin-D NO NO EtherNet NO NO 15 pin-D YES NO 15 pin-D NO NO EtherNet NO NO 9 pin-D NO NO 9 pin-D NO NO 15 pin-D NO NO 15 pin-D NO YES 15 pin-D NO NO 9/15 pin-D NO NO 9/15 pin-D NO NO 9/15 pin-D NO NO DeviceNet NO NO DeviceNet NO NO DeviceNet NO
3
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
温度控制的薄膜压力传感器 – 范围及输出
P uT rs (r er o se r )
1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
1
E p T uc x l: o 满量程 a e r lS m 1r F l e 举例:1Torr l a C i nM e atca t p a压力传感器 a en e c o r m
MKS Confidential 7
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
零点调整 输出信号
真空条件下
用螺丝刀进 行零点调整
或在显示/控制仪 上实施零点修正
MKS Confidential
8
MKS电容式薄膜压力传感器系列
600系列Baratron 电容式薄膜 压力传感器
满量程范围: 20mT ~ 25kT 精度: 读数值的 0.12% 分辨率: 满量程的 0.001% 温度控制: 环境温度, 45℃or 100 ℃ 温度系数 •零点: 0.002% 满量程./°C •增益: 0.02% 读数值 /°C 两个继电器控制点可选 电源电压: ±15VDC 输出信号: 0 ~ 10V
B u f f e , 缓存 r B S r i d g 电桥e c a l i n g , A m p l i f i c a t i o n
放大
输出u O u t p t
MKS Confidential
2
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
现代电容式薄膜差压式压力传感器原理
B a f f l e
MKS Confidential
9
MKS电容式薄膜压力传感器系列
700 系列 Baratron 电 容式薄膜压力传感器
• • • • •
中等性能 价格便宜 紧凑型尺寸 满量程范围: 1T ~ 1000T 精度: 读数值的 ± 0.5% 温度控制: 环境温度, 45℃or 100 ℃
基于以太网通讯的e-Baratron
的参考面
MKS Confidential
1
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器(Manometer)
一个完整的传感器 – 压力传感器 + 信号控制电路
E lo e c t r n i c 电子部件 s S p a n P o t 满度调节 Pr xP Lo ir n e a i t y P 线形调节 t
4
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
温度控制的薄膜压力传感器 系列
MKS Confidential
5
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
零点、满量程及线性
A c tl u a 真实压力 Pr ru e s s e
Fa ul lc l S e 满量程
显示压力 r u I i t Pr ne s dd s c a e e
6
压力测量 – 电容式薄膜压力传感器
误差
F u l l 满量程 S c a l e %d r oa E f eg r R i nr o B a n d 读数值的%误差带 % SE ol c r fu a o F l l er 满量程的%误差带 r B a n d
显示压力 Ii t ne dd c a Pr rs ee s u
Z e r o P o t 零点调节 Cpv o mn n ee s rO t ee a a n t t T u r (e n i n Te d l e C ty mt U po n r ar t ul r o O l e ) s
OR s c i l l a 参考n t r fe e r e c 振荡器oe
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