真空度傳感器與真空傳感器：真空傳感器
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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(yè)實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)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(yè)。
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(zhì)溫度
-20～85～150℃
環(huán)境溫度
常溫(-20～85℃)
目錄
1
工作原理
2
相關(guān)參數(shù)
3
屬性詳解
4
場發(fā)射真空傳感器
5
壓阻式真空傳感器
?
原理
?
理論函數(shù)
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(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。
真空傳感器相關(guān)參數(shù)
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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(wěn)定性能： 0.1%FS/年振動影響： 在機械振動頻率20Hz～1000Hz內(nèi)，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(jù)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(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換元件指傳感器中能較敏感元件感受（或響應）的北側(cè)量轉(zhuǎn)換成是與傳輸和（或）測量的電信號部分。③當輸出為規(guī)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(nèi)被測量值的范圍。3. 量程：測量范圍上限值和下限值的代數(shù)差。4. 精確度：被測量的測量結(jié)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(xù)測量所得結(jié)果之間的符合程度：6. 分辨力：傳感器在規(guī)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(chǎn)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(tài)，例如平衡狀態(tài)。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(nèi)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(chǎn)生的與外加被測量成函數(shù)關(guān)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(nèi)條件下，所加被測量為零時傳感器的輸出。15. 滯后：在規(guī)定的范圍內(nèi)，當被測量值增加和減少時，輸出中出現(xiàn)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(nèi)，傳感器輸出終于被測量無關(guān)的不需要的變化量。18. 零點漂移：在規(guī)定的時間間隔及室內(nèi)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(guī)定只限一致的程度。24. 菲線性度：校準曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度。25.長期穩(wěn)定性：傳感器在規(guī)定的時間內(nèi)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(guī)定極限內(nèi)的零平衡所補償?shù)臏囟确秶?9. 蠕變：當被測量機器多有環(huán)境條件保持恒定時，在規(guī)定時間內(nèi)輸出量的變化。30. 絕緣電阻：如無其他規(guī)定，指在室溫條件下施加規(guī)定的直流電壓時，從傳感器規(guī)定絕緣部分之間測得的電阻值。
真空傳感器場發(fā)射真空傳感器
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場發(fā)射真空傳感器
場發(fā)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(fā)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(fā)射電流與真空度的關(guān)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(fā)射電流。利用硅尖陣列場發(fā)射電流大小隨真空度變化而變化的現(xiàn)象， 研制了一種基于硅尖陣列場發(fā)射原理的場發(fā)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(tǒng)測試其特性。通過實驗發(fā)現(xiàn)， 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(tài)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(shù)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(guān)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(guān)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(tài)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(shù)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(guān)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(guān)系的標準信號。原理圖如圖2 所示。
真空傳感器理論函數(shù)
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(zhuǎn)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(shù)關(guān)系，主要用于測量過程中真空參數(shù)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(zhuǎn)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(shù)關(guān)系式如公式( 1) ：I=4 + ( 20 - 4) P' ( 1)式中： P'為某一真空狀態(tài)下的示值，kPa； P 為傳感器的滿量程值，kPa； I 為P'真空狀態(tài)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(nèi)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(shù)關(guān)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(shù)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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2020-09-120
閱讀33
參考資料
1.
文尉任,王凌云,孫道恒.場發(fā)射真空傳感器[J].功能材料與器件學報,2008(01):241-245.
．中國知網(wǎng)[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(wǎng)[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(shù)研究[J].真空與低溫,2014,20(02):94-97.
．中國知網(wǎng)[引用日期2017-12-22]
真空度傳感器與真空傳感器：真空傳感器結(jié)構(gòu)_真空傳感器的工作原理
真空傳感器結(jié)構(gòu)
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(shù)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(nèi)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(fā)射陰極、金屬陽極、玻璃襯底、發(fā)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(fā)射陰極刻蝕在硅片上，刻蝕有硅尖陣列發(fā)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(fā)射腔體，1對電極引線分別接硅尖陣列發(fā)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(wěn)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(nèi)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(fā)生變化，根據(jù)平板電容的公式可知電容也隨之發(fā)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(guān)系，電容值的變化通過測量電路轉(zhuǎn)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。
真空度傳感器與真空傳感器：真空傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理
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(nèi)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(fā)生變化，根據(jù)平板電容的公式可知電容也隨之發(fā)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(guān)系，電容值的變化通過測量電路轉(zhuǎn)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。
真空度傳感器與真空傳感器：真空式傳感器的工作原理？
真空傳感器的工作原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)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(yè)實踐中常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及石油管道、水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)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(yè)。
熱傳導：通過電阻絲在不同壓力下呈現(xiàn)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(chǎn)生的放電電流，隨著壓力不同而變化的。
現(xiàn)在工業(yè)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(nèi)，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。
