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测试仪器校验泉州-CNAS认证机构
发布用户:styqjcgs
发布时间:2024-04-18 05:47:43
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世通仪器关于高温微压力传感器校准实的研究
世通仪器关于高温微压力传感器校准实的研究
在航天领域,常常需要在恶劣环境下实时测量环境的各种相关参量,其中就包括微小压力测量。由于测试工作处于高温、高热流、强电磁干扰、剧烈振动等恶劣的条件下,并且待测压力微小,此外还要求小型化、低功耗,故而传统的硅微压力传感器已难以满足测试需求。
由P区引出的电极为阳极,由N区引出的电极为阴极,如下图所示,温度对二极管的性能有较大的影响,这是由于半导体材料的特性所致,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1oC,正向压降减小约2mV,可以从下图看出,由半导体理论可以得出,PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为:其中,Is为反向饱和电流,对于硅材料来说,Is约为10pA;q为电子的电量,q=1.6*10-9C;k T为温度,kT/q可以用UT来代替,则常温下,即T=300K时,UT约为26mV。
相比之下光纤压力传感器有着无可比拟的优势:测量精度高、抗电磁干扰能力良好、绝缘性能好、性能稳定等,因此光纤压力传感器*接近测试需求。F-P光纤压力传感器更是以极高的测量灵敏度和精度、成熟的微压测量技术成为*,且只需在探头结构上辅以耐高温技术手段,使其能够适应高温环境,即能*终满足测试的要求。
由P区引出的电极为阳极,由N区引出的电极为阴极,如下图所示,温度对二极管的性能有较大的影响,这是由于半导体材料的特性所致,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1oC,正向压降减小约2mV,可以从下图看出,由半导体理论可以得出,PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为:其中,Is为反向饱和电流,对于硅材料来说,Is约为10pA;q为电子的电量,q=1.6*10-9C;k T为温度,kT/q可以用UT来代替,则常温下,即T=300K时,UT约为26mV。
相比之下光纤压力传感器有着无可比拟的优势:测量精度高、抗电磁干扰能力良好、绝缘性能好、性能稳定等,因此光纤压力传感器*接近测试需求。F-P光纤压力传感器更是以极高的测量灵敏度和精度、成熟的微压测量技术成为*,且只需在探头结构上辅以耐高温技术手段,使其能够适应高温环境,即能*终满足测试的要求。
高温微压力传感器基于F-P干涉敏感原理,使用耐高温材料外壳和支撑架,部件连接采用固体焊接等耐高温工艺,实现了在无引压管情况下对800℃高温介质微小压力的直接测量,并且通过对性敏感组件等易损件采取专门的限位、加固措施,提高了抗冲击、振动能力。
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电路设计是传感器性能是否优越的关键因素,由于传感器输出端都是很微小的信号,如果因为噪声导致有用的信号被淹没,那就得不偿失了,所以加强传感器电路的抗干扰设计尤为重要。在这之前,我们必须了解传感器电路噪声的来源,以便找出更好的方法来降低噪声。总的来说,传感器电路噪声主要有一下七种:低频噪声低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。特别是碳膜电阻,其碳质材料内部存在许多微小颗粒,颗粒之间是不连续的,在电流流过时,会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化,产生类似接触 的闪爆电弧。
为了在地面实验室模拟传感器的实际测量环境,我们设计了一种适用于高温微压力传感器的仪器校准实验系统,通过高低温真空试验装置和人机软件的结合,为仪器校准了一个稳定可靠、安全便捷的实验。
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电路设计是传感器性能是否优越的关键因素,由于传感器输出端都是很微小的信号,如果因为噪声导致有用的信号被淹没,那就得不偿失了,所以加强传感器电路的抗干扰设计尤为重要。在这之前,我们必须了解传感器电路噪声的来源,以便找出更好的方法来降低噪声。总的来说,传感器电路噪声主要有一下七种:低频噪声低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。特别是碳膜电阻,其碳质材料内部存在许多微小颗粒,颗粒之间是不连续的,在电流流过时,会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化,产生类似接触 的闪爆电弧。
为了在地面实验室模拟传感器的实际测量环境,我们设计了一种适用于高温微压力传感器的仪器校准实验系统,通过高低温真空试验装置和人机软件的结合,为仪器校准了一个稳定可靠、安全便捷的实验。
1、传感器测量原理
(1) 微压力测量原理
高温微压力传感器采用的是F-P干涉敏感原理,根据Fabry-Perot共振效应,F-P共振腔反射光的波长变化与两反射面之间的距离呈函数关系。如图1所示,为传感器原理示意图,感压反射面及其支撑膜片和静止反射面就构成了一个完整的F-P共振式压力敏感结构。根据薄膜性形变原理,压力敏感膜片在外界压力的作用下发生形变,从而改变F-P腔腔长,引起干涉谱变化,通过测量干涉光谱,即可得到作用在压力敏感膜上的压力变化,从而达到测量压力的目的。该结构的特点是灵敏度极高,可感受两个镜面之间纳米级的位移变化,可满足500 Pa微小压力的测量需要。
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由于双电层电容的充放电纯属于物理过程,其循环次数高,充电过程快,因此比较适合在电动车中应用。双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置,其原理结构如图l所示。当向电极充电时,处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使这些离子附于电极表面形成双电荷层,构成双电层电容。由于超级电容与传统电容相比,储存电荷的面积大得多,电荷被隔离的距离小得多,因此一个超级电容单元的电容量就高达几法至数万法。
由于双电层电容的充放电纯属于物理过程,其循环次数高,充电过程快,因此比较适合在电动车中应用。双电层超级电容是靠极化电解液来储存电能的一种新型储能装置,其原理结构如图l所示。当向电极充电时,处于理想化电极状态的电极表面电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使这些离子附于电极表面形成双电荷层,构成双电层电容。由于超级电容与传统电容相比,储存电荷的面积大得多,电荷被隔离的距离小得多,因此一个超级电容单元的电容量就高达几法至数万法。
(2) 传感器的仪器校准原理
在传感器探头确定的情况下,参数k1,k的值可以通过公式直接计算求得,而温度敏感系数k2以及补偿修正常数C则需要通过校准实验才能确定。
将被校传感器与压力、温度标准具置于同一载荷环境,通过标准具得到压力、温度的标准量,通过解调模块得到传感器的输出值。将标准输人量与被校传感器的输出值绘制成传感器的校准曲线,再根据校准数据采用*小二乘法确定传感器的工作直线,用工作直线反映传感器的输人和输出之间的关系,从而确定k2及C的取值。通过校准曲线与工作直线的比较,可以计算得到被校传感器的静态基本性能指标。
测试仪器校验泉州-CNAS认证机构光学电流传感器是在陀螺仪技术的基础上发展起来的一种新型的电流传感技术,它不受交流和直流电流的限制,没有磁滞和磁饱和现象,也就是说可以直接用于直流电流和交流电流的检测和计量,并且可以从很小的安培级测到几十万安培,精度可以到.1%级,是电解行业未来的选择。光学电流传感器又可以分为磁光玻璃光学电流传感器和光纤电流传感器。磁光玻璃光学电流传感器的传感部分采用普通磁光玻璃,材料成熟,光学元件少,系统结构简单,无需进行温度控制。
测试仪器校验泉州-CNAS认证机构光学电流传感器是在陀螺仪技术的基础上发展起来的一种新型的电流传感技术,它不受交流和直流电流的限制,没有磁滞和磁饱和现象,也就是说可以直接用于直流电流和交流电流的检测和计量,并且可以从很小的安培级测到几十万安培,精度可以到.1%级,是电解行业未来的选择。光学电流传感器又可以分为磁光玻璃光学电流传感器和光纤电流传感器。磁光玻璃光学电流传感器的传感部分采用普通磁光玻璃,材料成熟,光学元件少,系统结构简单,无需进行温度控制。