扩散硅压力变送器是一种常用的工业自动化仪表,用于将压力信号转换为电信号进行传输和处理。其工作原理主要依赖于两个关键组件:扩散硅晶片和电桥。
扩散硅晶片的原理
扩散硅晶片由多个层次的硅片组成,其中包含有测量膜片和补偿膜片。测量膜片是直接受到被测介质压力作用的部分,它会因为压力的变化而产生形变。而补偿膜片则是为了抵消温度对测量结果的影响而设置的,它与测量膜片相结合,可以补偿温度引起的误差。当被测介质施加压力时,测量膜片会发生变形,改变其厚度,从而改变其电阻值。通过浸泡在硼酸溶液中的扩散硅晶片,可以使电阻值随压力的变化而改变。
电桥的工作原理
电桥由四个电阻组成,分别为测量膜片的电阻、补偿膜片的电阻、参考电阻和零点调整电阻。当扩散硅晶片受到压力时,测量膜片的电阻值发生改变,从而使得电桥的平衡状态被破坏。电桥的输出电压与电阻的变化成正比,因此可以通过检测电桥的输出电压来确定压力的变化。电桥的输出电压经过信号调理电路进行放大和转换,生成标准的电流或电压信号作为输出。
信号调理和转换
扩散硅压力变送器通过温度传感器把温度信号变为电信号,再由前置放大器把此电信号放大滤波,送往CPU的A/D转换模块进行模拟量到数字量的变换。后由CPU进行数据处理并显示及PWM输出。
总结起来,扩散硅压力变送器的工作原理是基于扩散硅晶片的电阻变化和电桥的平衡状态,通过信号调理电路将压力信号转换为电气信号。这个过程包括压力作用导致的膜片变形、电阻值的变化、电桥的失衡以及最终的信号放大和转换,从而得到与压力成正比的4-20mA标准电流输出信号。