發布日期：2022-05-11 點擊率：37
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真空傳感器
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本詞條由“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目
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。
真空傳感器是工業實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、通風管道等眾多行業。
中文名
真空傳感器
外文名
Vacuum sensor
量 程
-100KPA～0
供電電壓
24DCV(9～36DCV)
介質溫度
-20～85～150℃
環境溫度
常溫(-20～85℃)
目錄
1
工作原理
2
相關參數
3
屬性詳解
4
場發射真空傳感器
5
壓阻式真空傳感器
?
原理
?
理論函數
真空傳感器工作原理
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真空傳感器的工作原理是介質的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。
真空傳感器相關參數
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綜合精度： 0.25%FS、0.5%FS輸出信號： 4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)零點溫漂移： ≤±0.05%FS℃量程溫度漂移： ≤±0.05%FS℃補償溫度： 0~70℃安全過載： 150%FS極限過載： 200%FS響應時間： 5 mS(上升到90%FS)負載電阻： 電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大于5KΩ絕緣電阻： 大于2000MΩ (100VDC)密封等級： IP65長期穩定性能： 0.1%FS/年振動影響： 在機械振動頻率20Hz～1000Hz內，輸出變化小于0.1%FS電氣接口(信號接口)： 緊線螺母+四芯屏蔽線機械連接(螺紋接口)： 1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺紋可依據客戶要求設計
真空傳感器屬性詳解
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1.傳感器：能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常有敏感元件和轉換元件組成。①敏感元件是指傳感器中能直接（或響應）被測量的部分。②轉換元件指傳感器中能較敏感元件感受（或響應）的北側量轉換成是與傳輸和（或）測量的電信號部分。③當輸出為規定的標準信號時，則稱為變送器。2. 測量范圍：在允許誤差限內被測量值的范圍。3. 量程：測量范圍上限值和下限值的代數差。4. 精確度：被測量的測量結果與真值間的一致程度。5. 從復性：在所有下述條件下，對同一被測的量進行多次連續測量所得結果之間的符合程度：6. 分辨力：傳感器在規定測量范圍圓可能檢測出的被測量的最小變化量。7. 閾值：能使傳感器輸出端產生可測變化量的被測量的最小變化量。8. 零位：使輸出的絕對值為最小的狀態，例如平衡狀態。9. 激勵：為使傳感器正常工作而施加的外部能量（電壓或電流）。10. 最大激勵：在市內條件下，能夠施加到傳感器上的激勵電壓或電流的最大值。11. 輸入阻抗：在輸出端短路時，傳感器輸入的端測得的阻抗。12. 輸出：有傳感器產生的與外加被測量成函數關系的電量。13. 輸出阻抗：在輸入端短路時，傳感器輸出端測得的阻抗。14. 零點輸出：在市內條件下，所加被測量為零時傳感器的輸出。15. 滯后：在規定的范圍內，當被測量值增加和減少時，輸出中出現的最大差值。16. 遲后：輸出信號變化相對于輸入信號變化的時間延遲。17. 漂移：在一定的時間間隔內，傳感器輸出終于被測量無關的不需要的變化量。18. 零點漂移：在規定的時間間隔及室內條件下零點輸出時的變化。19. 靈敏度：傳感器輸出量的增量與相應的輸入量增量之比。20. 靈敏度漂移：由于靈敏度的變化而引起的校準曲線斜率的變化。21. 熱靈敏度漂移：由于靈敏度的變化而引起的靈敏度漂移。22. 熱零點漂移：由于周圍溫度變化而引起的零點漂移。23. 線性度：校準曲線與某一規定只限一致的程度。24. 菲線性度：校準曲線與某一規定直線偏離的程度。25.長期穩定性：傳感器在規定的時間內仍能保持不超過允許誤差的能力。26. 固有憑率：在無阻力時，傳感器的自由（不加外力）振蕩憑率。27. 響應：輸出時被測量變化的特性。28. 補償溫度范圍：使傳感器保持量程和規定極限內的零平衡所補償的溫度范圍。29. 蠕變：當被測量機器多有環境條件保持恒定時，在規定時間內輸出量的變化。30. 絕緣電阻：如無其他規定，指在室溫條件下施加規定的直流電壓時，從傳感器規定絕緣部分之間測得的電阻值。
真空傳感器場發射真空傳感器
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場發射真空傳感器
場發射真空傳感器是采用MEMS加工工藝研制一種新型的基于硅尖陣列場發射原理的微型真空傳感器。通過理論分析， 確立了該種傳感器中硅尖場發射電流與真空度的關系。并利用干法刻蝕工藝， 在硅片上制作了高3.2μm， 曲率半徑小于70nm的200 ×42硅尖陣列。保持陽極與硅尖距離為1μm的情況下， 可以觀察到陽極電壓為10V左右時開始有明顯的場發射電流。利用硅尖陣列場發射電流大小隨真空度變化而變化的現象， 研制了一種基于硅尖陣列場發射原理的場發射真空傳感器。利用MEMS加工工藝制作出傳感器樣機， 并搭建測試系統測試其特性。通過實驗發現， 隨著真空度的提高， 傳感器輸出電流也會隨之增大， 而且真空度越高輸出電流越大， 分辨率、靈敏度越高。
[1]
真空傳感器壓阻式真空傳感器
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真空傳感器原理
圖1 壓阻式真空傳感器原理示意圖
壓阻式真空傳感器的測量部件是一個裝有固態壓力芯片，該芯片利用半導體材料的壓阻效應，在特定晶面上，采用集成電路工藝技術擴散成四個等值電阻，組成一個惠斯登電橋，使得形變與橋阻變化形成一一對應關系，當壓力變化時，電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電信號，再由感應智能芯片進行非線性修正和溫度補償，最終輸出與壓力成線性對應關系的標準信號。原理圖如圖1 所示。
圖2壓阻式真空傳感器原理示意圖
壓阻式真空傳感器的測量部件是一個裝有固態壓力芯片，該芯片利用半導體材料的壓阻效應，在特定晶面上，采用集成電路工藝技術擴散成四個等值電阻，組成一個惠斯登電橋，使得形變與橋阻變化形成一一對應關系，當壓力變化時，電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電信號，再由感應智能芯片進行非線性修正和溫度補償，最終輸出與壓力成線性對應關系的標準信號。原理圖如圖2 所示。
真空傳感器理論函數
壓阻式真空傳感器是壓力變送器的一種，是將需要測量的真空變量轉換為可輸出的標準信號，輸出信號與真空變量之間有一定的函數關系，主要用于測量過程中真空參數的測量與控制
[2]
。典型的二線制壓阻式真空傳感器的測量范圍0 ～ 100 kPa、工作電壓為12 ～ 36 V，工作電流為4 ～ 20 mA 的標準信號輸出，采用V /I 轉換電路且零位可自由遷移。壓阻式真空傳感器輸出信號和真空度的函數關系式如公式( 1) ：I=4 + ( 20 - 4) P' ( 1)式中： P'為某一真空狀態下的示值，kPa； P 為傳感器的滿量程值，kPa； I 為P'真空狀態下對應的輸出電流值，mA。通過公式( 1) 可以得出某一真空傳感器在測量范圍內任意真空度對應的理論電流輸出值，為其準確信號輸出提供參考。在對真空傳感器校準時，由于測量誤差是按照測量準確度等級劃分的，典型的壓阻式真空傳感器測量誤差和準確度間的函數關系如公式( 2) ：△A=( 20 － 4) δP ( 2)式中： △A 為測量誤差的上下限值； P 為此傳感器的滿量程值，kPa； δ 為某一真空傳感器標注的準確度等級。
表1
準確度等級是傳感器的主要技術指標，是一個定性的概念，通過公式( 2) 可以換算出真空傳感器在某一準確度等級下的測量允許誤差限，可以判斷真空傳感器標注的準確度等級是否正確，如表1 所列。
[3]
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解讀詞條背后的知識
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深圳市佰業機電有限公司
易福門直觀開關點設定壓力真空傳感器
易福門直觀開關點設定壓力真空傳感器，更多請關注佰業機電。可通過兩個調節環進行簡單開關點設定，達到最佳的讀取效果不銹鋼測量元件，例如在冰箱技術中用于氟利昂機械鎖定防止不當的開關點操作高爆破壓力適用于液壓和氣動應用...
2020-09-120
閱讀33
參考資料
1.
文尉任,王凌云,孫道恒.場發射真空傳感器[J].功能材料與器件學報,2008(01):241-245.
．中國知網[引用日期2017-12-22]
2.
張建軍，張滌新，趙瀾，等． 不同壓力下正壓漏孔漏率的研究[J]． 真空與低溫， 2003，9( 1) : 39－49．
．中國知網[引用日期2017-12-22]
3.
劉波,李平,丁立莉,劉卿,李鵬.壓阻式真空傳感器校準技術研究[J].真空與低溫,2014,20(02):94-97.
．中國知網[引用日期2017-12-22]
真空傳感器結構
真空傳感器由玻璃襯底、下電極、絕緣層、硅膜片（ 上電極） 、上層密封用的玻璃組成， 其中下電極濺射在玻璃襯底上， 電極上生長一絕緣層； 硅膜是利用硅片的雙面光刻、擴散和各向異性腐蝕技術形成的。該電容式真空傳感器有兩個腔體， 其中上面的腔體是一個真空腔， 下面的腔體是鍵合形成的， 這個腔體不是密封的， 腔內氣體與外界氣體相通。電容器的兩平板間的距離可由硅片腐蝕的深度控制， 硅膜片與玻璃電極之間的間隙很小， 這也是硅電容式傳感器靈敏度高的原因。
真空傳感器特征特征
真空傳感器其特征在于設有硅尖陣列發射陰極、金屬陽極、玻璃襯底、發射腔體和電極引線，金屬陽極濺射在玻璃襯底上，硅尖陣列發射陰極刻蝕在硅片上，刻蝕有硅尖陣列發射陰極的硅片與濺射有金屬陽極的玻璃襯底鍵合在一起形成發射腔體，1對電極引線分別接硅尖陣列發射陰極和金屬陽極，電極引線分別由硅片和陽極金屬引出外接穩壓。
真空傳感器的工作原理
真空度是指低于大氣壓力的氣體的稀薄程度，通常以壓力來表示真空度，壓力高意味著真空度低，壓力低意味著真空度高。由于真空傳感器上面的腔體是真空腔體，在大氣壓力下，作為傳感器敏感元件的硅膜片在壓力的作用下會向上鼓起。當真空傳感器下面腔體內的真空度不同時，硅膜片向上鼓起的程度就不同，硅膜片向上鼓起使得電容兩極板之間的距離發生變化，根據平板電容的公式可知電容也隨之發生化，真空度與電容值是對應的，電容值隨著真空度的變化而變化。由于電容值與真空度的關系，電容值的變化通過測量電路轉換為電壓或頻率信號，檢測電壓或頻率信號可以得到對應的真空度。
真空度是指低于大氣壓力的氣體的稀薄程度，通常以壓力來表示真空度，壓力高意味著真空度低，壓力低意味著真空度高。由于真空傳感器上面的腔體是真空腔體，在大氣壓力下，作為傳感器敏感元件的硅膜片在壓力的作用下會向上鼓起。當真空傳感器下面腔體內的真空度不同時，硅膜片向上鼓起的程度就不同，硅膜片向上鼓起使得電容兩極板之間的距離發生變化，根據平板電容的公式可知電容也隨之發生化，真空度與電容值是對應的，電容值隨著真空度的變化而變化。由于電容值與真空度的關系，電容值的變化通過測量電路轉換為電壓或頻率信號，檢測電壓或頻率信號可以得到對應的真空度。
真空傳感器的工作原理是介質的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。
真空傳感器是工業實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、通風管道等眾多行業。
熱傳導：通過電阻絲在不同壓力下呈現的不同阻值，來間接測量真空度的；
隔膜：壓力不同下膜片的位移變化來測量真空度的；
熱陰極：通過離子流在不同壓力下得大小變化來測量真空度的；
冷陰極：通過在磁場和高壓共同作用下產生的放電電流，隨著壓力不同而變化的。
現在工業上用的最多的就是這4種
真空傳感器的原理很多
1、在1kPa-100kPa的范圍（這個范圍大多也叫負壓）使用絕對壓力傳感器。
2、在1Pa-1kPa的范圍內，大多采用熱偶真空方法和電阻導熱法測量真空度。
3、測量1Pa-10^-5的高真空，通常使用電離法。
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