Welcome to PL40,Pressure world!

The basic knowdage of PL 40. 压力产品的基础知识。

3Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 定义 ( 物理 ): 压力 : 垂直作用于 单位面积上的力的大小定义为压力 P( 压强 ) 有如下公式 : p = F/A 单位 : 帕斯卡 ( 牛顿每平方米 ): 1 Pa = 1 N/m 2 什么是压力 ?

4Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun A) 官方定义的单位（ 1978 年 1 月 1 日 启用） - Pascal ( 帕斯卡 )1 Pa = 1 N/m 2 -bar1 bar = 10 5 Pa ( 广泛用工程技术行业 ) B) 用于液位测量 - mmWS 1 mmWS = Pa = mbar C) 地区性的单位 ( 主要是英联邦国家和美国 ) -psi, ftH20, inH20, inHg 1 psi = bar D) 用于医疗行业, 比如血压 - mm 汞柱 1 mmHg = 1 Torr = Pa E) 过时的单位 ( 从公斤力转换成牛顿 ) - kp/cm2 1 kp/cm2 = 1 at = KPa 各种的压力单位

5Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 不同压力单位间换算

6Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 从技术上分为 3 种不同的压力形式 : 1. 差压 (differential pressure) 2. 绝压 (absolute pressure) 3. 相对压力 ( 表压 )(gauge pressure, relative pressure) 不同的压力形式

7Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 表压 ( 相对压力 ) p rel 是以环境压力 p amb （实际大气压） 为 基准来表示的压力. 它根据海波高度和天气的不同变化. 带大气压力补偿的 表压变送器  表压的值 : 从 -p amb... 无穷大, 也可以是负值 ( 负压 )  表压是差压的一种 “ 差压, 其中 p 2 = 环境压力 ”  其它的表压表示方法 : 超压 ( 高于大气压 ), 负压 ( 低于大气压 ), 标准压 力 ( 英语 ) 3. 表压

8Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 绝压 p abs 是以绝对真空（零压）为基准，高于绝对真空的压力.  绝压的值从 0 到无穷大, 永远是正值  绝压也是差压的一种, 其中 p 2 = 真空 2. 绝压 例如 : 通过真空泵把一个容器抽真空

9Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 两个压力 p 1 和 p 2 间的差被称为差压  p = p 1 - p 2 p1p1 p2p2  p p 例如 : 流量测量或过滤网监测 例如 : 带两个过程连接的智 能压差变送器 1. 差压

10Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 举例：表压，用于液位测量 例如 : 表压变送器作 为投入式液位 仪使用 表压测量变送器测量压力 p ( 一定高度的液体 产生的静压 ) 并把这个信号转换成电子信号. 该信号在已知液体密度情况下，正比于液位的 高度. 公式： P=ρgh 应用 : 井水, 湖水, 积水, 游泳池, 容器, 罐, 暖气系统等等.  Quiz 3. 表压

11Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 区别 : 表压 / 绝压 举例 : 通过真空泵把容器抽真空 目的 : 当容器内压力达到 5 mbar 绝压的时候，关闭真空泵 设备的状态 在晴天的时候, 大气压力 960 mbar 在阴天的时候, 大气压力 940 mbar 测量 绝压 ( 正确 ) 测量 表压 ( 错误 ) 测量 绝压 ( 正确 ) 测量 表压 ( 错误 ) 充满空气的容器 ( 大气压 ) 960 mbar abs0 mbar rel940 mbar abs0 mbar rel 空容器 ( 剩余 ) 5 mbar abs- 955 mbar rel 5 mbar abs-935 mbar rel 只有用绝压才能保证开关点为常数.

请不要与前面 3 个压力形式混淆 : - 静压 (Static pressure) - 公称压力 (PN) 其它的压力定义

13Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 公称压力 PN 是 … ( 根据 ISO-Norm 7268) 用数字形式，表示设备的耐压能力 目的是设备上的所有部件选用一个相同的公称直径和公称压力. 实际上允许的工作压力取决于材料, 设计和工作温度. 是根据规定的压力 / 温度表格来 选用. 可以替代 PN 的另外一个概念是等级 "Class“, 它的单位是 psi  例如 : DINPN 16(in bar) PN420(in bar) ANSIlbs 150(in psi) lbs 300(in psi) 公称压力 (PN)

14Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 汽车轮胎压力 约 2 bar rel 自行车轮胎压力 约 4 bar rel 香槟酒瓶中的压力 ( 密封时 ) 约 6 bar rel 水管中的压力 约 4 bar rel 10 米深的水的压力约 1 bar rel 100 m 深的水的压力约 10 bar rel 海平面的大气压 ( 绝压 ) 约 1013 mbar abs 楚格峰 ( 德国 ) 顶的大气压 ( 约 2962 m) 约 724 mbar abs 朱穆朗玛峰顶的大气压 ( 约 8848 m) 约 404 mbar abs 宇宙中的压力 ( 真空 ) 血压 ( 健康的人 ) 约 120/80 Torr 压缩机中的气体压力 约 16 bar rel 液压中的油压 约 400 bar rel 洁净室中的过压 ( 比如芯片加工 ) 约 2 mbar DP 高压共轨柴油直喷泵 约 2000 bar rel 天气 : 高压（晴天）和低压（阴天）差约 20 mbar 绝对 0 mbar abs min/ max / typ

15Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 高压锅 (120°C) 约 2 bar abs 杀菌器 (142°C) 约 4 bar abs 炼奶机 ( 奶烙厂 ) 约 200 bar rel 声波压力 ( 可听波 ) 约 Pa DP 声波压力 ( 房间里的声音大小 ) 约 0,02 Pa DP 声波压力 ( 刺痛感波强 ) 约 150 Pa DP 蒸汽锅炉, 发电厂 (225 °C) 约 26 bar rel 高压清洗机 约 bar rel 锅炉内压力 ( 发电厂 ) 约 5 mbar rel 孔板前后的作用压力 约 mbar DP 地球中心的压力 ( 计算得到 ) 约 3.5 Mbar 太阳中心的压力 ( 计算得到 ) 约 220 Gbar 橡胶挤压机 约 700 bar rel 水液位 (1m) 约 100 mbar rel

16Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 1 m 深的水的压力 ? 约 100 mbar rel (100 cmWS) 10 m 深水的压力 ? 约 1 bar rel 1000 m 水道深的压力 ? 约 100 bar rel Quiz: 液位 1 m 深的汽油的压力 (  = 0.8) ? 约 80 mbar rel 80 cmWS 10 m 供暖设备的压力 ? 约 1 bar rel

17Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2. 压阻应变片传感器2. 压阻应变片传感器 2.1 扩散硅 – 电阻应变片2.1 扩散硅 – 电阻应变片 2.2 薄膜式 - 电阻应变片2.2 薄膜式 - 电阻应变片 2.3 厚膜式 - 电阻应变片2.3 厚膜式 - 电阻应变片 2.4 电阻应变片传感器比较 2.4 电阻应变片传感器比较 3. 电容式压力传感器3. 电容式压力传感器 4. 电感式压力传感器4. 电感式压力传感器 5. 一览 / 比较5. 一览 / 比较 内容

18Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 膜片 1. 压阻应变片原理 电阻应变片 把压力形变转化成电信号 电阻应变片 把压力形变转化成电信号 电阻的改变通过惠斯登电桥放大加强 电阻的改变通过惠斯登电桥放大加强 电阻应变片可以是金属, 金属合金, 半导体或厚膜电阻组成 电阻应变片可以是金属, 金属合金, 半导体或厚膜电阻组成 膜片大部分充当应变基体, 最简单的膜片是圆形的. 膜片大部分充当应变基体, 最简单的膜片是圆形的. 电阻应变片 电阻率 电阻丝长度 电阻丝横截面积

19Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun

20Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 温度补偿 ( 模拟 ) 每个传感元件除了压力 传感芯片外还含有一个 温度传感芯片. 每个元 件上的温度误差随温度 的不同而不同. 通过合 理的接线可以实现用简 单的方法达到足够好的 温度补偿 1. 电阻应变片原理 对温度补偿来说, 电阻 R V ，Ｒ Ｌ ，Ｒ Ｐ１ ，Ｒ Ｐ２ 必须由检 测报告来确定

21Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 扩散硅电阻应变片 （压阻效应）

22Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 结构 : 半导体金属电阻的改变是由扩散硅晶体结构中的电子运动性改变引 起的。 由于半导体（大多数是硅）比金属应变片大１００倍左右的电阻改 变值，使通过很小的压力传感器测量很小的测量范围成为可能（可 以到 mbar 范围）. ２. １ 扩散硅－电阻应变片（压阻）

23Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun ２. １ 半导体－电阻应变片（压阻）

24Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun ２. １ 半导体－电阻应变片（压阻）

25Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 半导体组装机 半导体传感元 件 元件板

26Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 半导体元件组装机

27Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 连线机

28Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 压力传感器 温度传感器 连线 基座 (TO39) 压力传感元件

29Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 压力测量元件 不锈钢膜片 焊接环 基座

30Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 压力测量元件的结构 介质隔离 : 扩散硅元件是通过填充油 和不锈钢膜片与介质隔离 开的. 从而测量元件几乎可以适 用所有有腐蚀的介质. 根据需要, 隔离膜片也可 以用其它金属, 比如说镍 基合金

31Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 充油设备

32Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 惰性气体焊机

33Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 压力测量元件

34Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 通过半导体加工和微加工方面的先进技术可以大量 生产 很小的传感元件尺寸 可以测量绝压 部件可以焊接 形式上多样化 缺点 : 需要和介质隔离. 温度漂移高 ( 必须接温度补偿 ) ２. １ 半导体－电阻应变片（压阻）

35Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun p (bar) 压阻式 (1) 薄膜式 (2) 厚膜式 (3) 电容式 (4) 电感式 (5) 无隔离膜片 只适用气体 0, 测量范围 测量范围一览

36Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.2 薄膜式 - 电阻应变片

37Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.2 薄膜式 - 电阻应变片

38Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 结构 : 大多数情况下, 圆形膜片作为变形体使用. 大部分 是由不锈钢组成. 在膜片上要有一层绝缘材料. 通过光电效应把膜片金属和绝缘层连接起来. 前提 条件是长期稳定性并且无断损变形. 上覆一对变形敏感的应变层 ( 喷雾, 在高真空下喷洒 ) 最后用影像平板蚀法过程把应变片在湿浸条件下 生产出来. 2.2 薄膜式 - 电阻应变片

39Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 传感器实际上由一个部分组成, 非常结实 不需要和介质隔离 高负载能力 高长期稳定性 高抗破裂能力 缺点 : 只能表压范围 变形敏感度小, 输出信号小 因为传感器直径小, 测量范围要大于 30 bar 才行 2.2 薄膜式 - 电阻应变片

40Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

41Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

42Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

43Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

44Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 陶瓷传感器过程连接结构 3 种介质接触材料 : 陶瓷膜 密封圈 过程连接 注意 : 陶瓷传感器总需要密封圈 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

45Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 成产成本低 小于破裂界限值, 陶瓷一直都有很好的弹性和重复性 金属厚膜传感器是可焊接的 缺点 : 传感器灵敏度小 测量范围的局限性 在传感器和过程连接间, 必须使用密封圈 ( 陶瓷 ) 2.3 厚膜式 - 电阻应变片

46Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun p (bar) Piezoresistiv (1) 薄膜式 (2) 厚膜式 (3) 电容式 (4) 电感式 (5) 测量范围 测量范围一览 无隔离膜片 只适用气体

47Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 陶瓷厚膜式 金属薄膜式 扩散硅 ( 压阻式 ) 测量范围 bar bar bar 压力形式 表压 表压 表压 / 绝压 介质接触部分 Al²O³ / 橡胶 / / 结构密封性 渗漏 O-Ring “ 焊接, 不透气密封 ” “ 焊接, 不透气密封 “ 破裂压力 3-5 倍满量程 3-5 倍满量程 4 倍满量程 超压 - 破裂情况 破裂 / 超压变形 / 破损 / ( 膜片 ) 介质流出 “ 保持密封 ” 保持密封 2.4 电阻应变片传感器比 较

48Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 结构 : 陶瓷电容压力传感器 CP-阳电极CP-阳电极 C R - 阴电极 连接环 基座 带有相应电极的压力 膜片 带电子处理元件的 CMOS-ASIC 背面 3. 电容压力传感器

49Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 超压性能好 长期稳定性能好 膜片可高负载外力 干的测量元件 ( 无填充油 ) 缺点 : 必须加密封垫圈 快速的温度变化时有问题 3. 电容压力传感器

50Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 膜片 电感式位移接收器 外壳 过程连接 4. 电感式压力传感器 结构

51Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 外壳 波曼诺铁镍合 金块 膜片  压力 位移接收器 功能 4. 非接触式压力传感器

52Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun  压力 位移接收器 4. 非接触式压力传感器

53Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 可以用于很小的压力范围 (0.6 mbar) 缺点 : 承受超压能力差 仅仅适用于气体, 不适合液体 适用温度范围小 -10 °C °C 4. 非接触式压力传感器

54Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 优点 : 可以用于很小的压力范围 (0.6 mbar) 缺点 : 承受超压能力差 仅仅适用于气体, 不适合液体 适用温度范围小 -10 °C °C 4. 非接触式压力传感器

55Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 5. 一览 / 比较

56Messwertgeber für Temperatur und Feuchte | Michael Braun 陶瓷 金属充油 金属 陶瓷 厚膜式压阻式 薄膜式 电容式 MIDAS （ ） MIDAS SI （ ） MIDAS HP （ ） ---- MIDAS DP （ ） ---- dTRANS p30 dTRANS p dTRANS p33 (Ex) dTRANS p33 (Ex) dTRANS p32 dTRANS p31 CANtrans p (402055) CANtrans p (402056) CANtrans p (402056) ---- CANtrans pT (402057) CANtrans pT (402057) ---- dTRANS p02dTRANS p02 dTRANS p02 Keramik dTRANS p02 DELTA 一览 : 在 JUMO 压力变送器的应用

Thanks!