電子壓力傳感器是如何取代機(jī)械壓力傳感器的？（發(fā)展過(guò)程解析）
第一批壓力計(jì)使用柔性元件作為傳感器。隨著壓力的變化，彈性元件移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)被用來(lái)旋轉(zhuǎn)表盤(pán)前面的指針。在這些機(jī)械壓力傳感器中，波登管、隔膜或波紋管元件檢測(cè)過(guò)程壓力并引起相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。
電子傳感器是如何取代機(jī)械壓力傳感器的？
波登管是C形的，有一個(gè)橢圓形的橫截面，管的一端連接到過(guò)程壓力。另一端被密封并連接到指針或發(fā)送器機(jī)構(gòu)。為了提高其靈敏度，波登管元件可以延伸成螺線或螺旋線圈。這增加了它們的有效角長(zhǎng)度，因此增加了它們尖端的運(yùn)動(dòng)，這反過(guò)來(lái)增加了傳感器的分辨率。
柔性壓力傳感器元件系列還包括波紋管和隔膜。膜片很受歡迎，因?yàn)樗鼈冃枰^少的空間，而且它們產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)(或力)足以操作電子傳感器。它們也可用于腐蝕性應(yīng)用中的壓力測(cè)量。
20世紀(jì)20年代后，自動(dòng)控制系統(tǒng)不斷發(fā)展，到了20世紀(jì)50年代，壓力變送器和中央控制室變得普遍。因此，波登管(波紋管或隔膜)的自由端不再需要連接到本地指針，而是用于將過(guò)程壓力轉(zhuǎn)換為傳輸(電氣或氣動(dòng))信號(hào)。起初，機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置連接到氣動(dòng)壓力變送器，該變送器通常產(chǎn)生3-15 psig的輸出信號(hào)，用于傳輸幾百英尺的距離，或者使用增強(qiáng)中繼器傳輸更遠(yuǎn)的距離。后來(lái)，隨著固態(tài)電子技術(shù)的成熟和傳輸距離的增加，壓力變送器變成了電子式的。早期的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直流電壓輸出(10-50毫伏；1-5v；0-100 mV)，但后來(lái)被標(biāo)準(zhǔn)化為4-20 mA直流電流輸出信號(hào)。
由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)平衡設(shè)備的固有限制，首先是力平衡，后來(lái)是固態(tài)壓力傳感器。第一個(gè)無(wú)粘結(jié)線應(yīng)變儀是在20世紀(jì)30年代末推出的。在這種裝置中，金屬絲被附著到處于應(yīng)變下的結(jié)構(gòu)上，并且測(cè)量應(yīng)變金屬絲中的電阻。這種設(shè)計(jì)本身就不穩(wěn)定，無(wú)法維持校準(zhǔn)。還存在金屬絲和隔膜之間的結(jié)合退化的問(wèn)題，以及由金屬絲中的熱彈性應(yīng)變引起的滯后的問(wèn)題。
對(duì)用于應(yīng)變和壓力測(cè)量的改進(jìn)傳感器的研究首先導(dǎo)致了粘合薄膜和最終擴(kuò)散半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的引入。這些最初是為汽車(chē)工業(yè)開(kāi)發(fā)的，但此后不久就進(jìn)入了所有工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用中的壓力測(cè)量和傳輸?shù)囊话泐I(lǐng)域。半導(dǎo)體壓力傳感器靈敏、廉價(jià)、精確且可重復(fù)。
結(jié)語(yǔ)：
許多氣動(dòng)壓力變送器仍在使用，尤其是在石油化工行業(yè)。但是隨著控制系統(tǒng)繼續(xù)變得更加集中和計(jì)算機(jī)化，這些壓力傳感器已經(jīng)被模擬電子和最近的數(shù)字電子變送器所取代。
