森特奈—技术科普｜压力传感器工作原理

技术科普｜压力传感器工作原理

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2024-05-19

在工业自动化领域，压力是至关重要的参数之一，因为它直接关系到过程安全、效率、产品质量。在石油炼制、化学工厂等多种工业环境中，适当的压力维护是防止事故和保障人员安全的关键。压力数据不仅用于监测和调节如化学反应、热能转换和流体动力学等工业过程，确保其运行在最佳状态，还通过精确的压力控制达到节能、提高生产效率和优化产品质量的目的。此外，压力控制在食品、饮料和制药行业中也极为重要，它确保产品质量和符合健康标准，如在灌装操作中保证容器内无泄漏且产品密封完好。通过准确控制压力，可以显著降低能源消耗和原材料浪费，从而减少生产成本。

首先，我们先来认识一下压力传感器的工作原理。

压力传感器的工作原理

压力传感器的工作原理多种多样，以下是一些主要类型的压力传感器的工作原理：

压阻式传感器

基于压阻效应工作，即当材料（通常是半导体或金属）受到压力时，其电阻值会改变，这个电阻变化转换为电压或电流变化，从而产生一个与施加压力成比例的电信号。因其高精度和稳定性，常用于监测和控制工业过程中的压力。

电容式传感器

电容式传感器利用电容变化来测量压力。它通常包含两个金属板，其中一个是可移动的。当压力作用于可移动板时，两板之间的距离改变，导致电容值发生变化。这种电容变化随后被转换成电信号。因其灵敏度高和体积小，适合于需要微型化传感器的场合，如医疗设备（血压监测）和微型机器人。

压电式传感器

基于压电效应工作，即某些材料（如石英、某些陶瓷）在受到机械压力时会产生电荷。当压力作用于这些材料时，产生的电荷与施加的力成正比。这些电荷可以被测量并转换为电信号，从而得到压力的大小。压电传感器特别适用于测量动态或变化迅速的压力。如爆炸测试、汽车碰撞测试。

SENTINEL的压力传感器

SENTINEL的压力传感器广泛应用于冶金、机床、食品饮料行业。在十六年的时间里，SENTINEL的压力传感器以极低的故障率和完善的售后服务获得了客户的一致好评。

目前我公司有两款（压阻式）压力传感器，其中一款是不带显示的压力变送器，另一款是集成了 IO-Link 功能的数码管显示的压力传感器。

S300 系列压力变送器

该系列的压力变送器体积小巧，检测压力范围-1~600bar，4~20mA 或 0~10V 输出两种输出可选。

SEH 系列压力传感器

该系列的压力传感器集成了 IO-Link 功能，展现了多项创新特点：

-1…600bar 的测量范围，适用于多种工业应用。
大数码管显示，3 米视距内清晰可见，支持镜像显示，提高数据读取便利性和准确性。
新面板采用一体注塑成型，耐高压水枪喷淋。
304/316 不锈钢外壳，可 300°旋转，便于安装。

除此之外，该系列的压力传感器还可以设置切换多种输出模式：

OUT1：可设置为开关量输出或 IO-Link 输出，也就是说它既可以作为 IO-Link 子站设备连接到 IO-Link 主站，也可以作为普通的压力传感器输出开关量信号。而开关量信号还可以进一步设置，如：常开/常闭、PNP/NPN/推挽、迟滞模式/窗口模式。

迟滞模式可确保一个稳定的开关状态，不受压力波动影响设定点，而窗口模式可以判断压力是否在特定的范围内，并在相应条件下触发输出开关，产生报警信号。

OUT2：可设置为模拟量（4~20mA）或开关量输出，开关量与 OUT1 同样可以进一步进行设置，当选择模拟量输出时，用户可以通过设置模拟量起点、模拟量终点来确定对应关系。

IO-Link 预维护

天津SENTINEL电子有限公司领先推出集成 IO-Link 功能的压力传感器。该传感器通过 IO-Link 技术，将压力的毫伏信号直接转换成数字量，实现了数据的高精度传输和强大的抗干扰能力。此外传感器自身的一些数据（内部温度、工作时长等）也会一并“打包”发送给 PLC，这些额外的信息可用于设备的预维护。

例如液压站的某个压力传感器可能提示“内部温度过高”而压力信号输出正常，这种情况会引起用户的注意，从而采取措施预防潜在的设备故障。

由于传感器具备了自我诊断功能，因此可以简化设备的维护过程，通过及时诊断和通报潜在问题，可以大幅减少设备的停机时间和维护成本，提高生产效率。

实例：机床行业的液压系统

某精密机床制造商在其设备的液压系统中广泛应用了我公司的 SEH 系列压力传感器。这些传感器被用于监测液压油的压力，确保机床在高负载和高速操作时的性能稳定。通过 IO-Link 功能，客户能够监控设备的压力状态，同时还可以监控传感器的状态。大幅提高了系统的可靠性和维护效率。此外，多功能输出设置使得该传感器可以灵活应对不同的控制需求，简化了系统设计和后期维护。