導(dǎo)語：如何才能寫好一篇壓力傳感器，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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1、檢測壓力的傳感器有很多種。

2、最常用的是硅壓阻壓力傳感器，它具有靈敏度高，量程大，品種多，價格適宜的優(yōu)點。

3、其它的還有陶瓷電容式壓力傳感器、石英壓力傳感器、振弦式壓力傳感器。

4、測液壓就用,應(yīng)變式的就行.這種傳器很成熟精度高,在網(wǎng)上隨便一查就有了.目前高壓的傳感器就是德國的還可以,如果達到20MPa以上需要訂作作過幾個60MPA液壓傳感器.

（來源：文章屋網(wǎng) ）

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關(guān)鍵詞：MEMS壓力傳感器；惠斯頓電橋；硅薄膜應(yīng)力杯；硅壓阻式壓力傳感器；硅電容式壓力傳感器

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2009.06.015

本文于2009年3月22日收到。顏重光：高工，上海市傳感技術(shù)學(xué)會理事，從事IC應(yīng)用方案的設(shè)計策劃和客戶應(yīng)用技術(shù)支持。

MEMS(微機電系統(tǒng))是指集微型傳感器、執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統(tǒng)。

MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路(IC)設(shè)計技術(shù)和制造工藝，進行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)，從而為消費電子和工業(yè)過程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開方便之門。使壓力控制變得簡單易用和智能化。傳統(tǒng)的機械量壓力傳感器是基于金屬彈性體受力變形，由機械量彈性變形到電量轉(zhuǎn)換輸出，因此它不可能如MEMS壓力傳感器那樣做得像IC那么微小，成本也遠遠高于MEMS壓力傳感器。相對于傳統(tǒng)的機械量傳感器。MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過1cm，使性價比相對于傳統(tǒng)“機械”制造技術(shù)大幅度提高。

MEMS壓力傳感器原理

目前的MEMS壓力傳感器有硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機電傳感器。

硅壓阻式壓力傳感器是采用高精密半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路的。具有較高的測量精度、較低的功耗，極低的成本?；菟诡D電橋的壓阻式傳感器，如無壓力變化，其輸出為零，幾乎不耗電。其電原理如圖1所示。硅壓阻式壓力傳感器其應(yīng)變片電橋的光刻版本如圖2。

MEMS硅壓阻式壓力傳感器采用周邊固定的圓形的應(yīng)力杯硅薄膜內(nèi)壁，采用MEMS技術(shù)直接將四個高，精密半導(dǎo)體應(yīng)變片刻制在其表面應(yīng)力最大處，組成惠斯頓測量電橋，作為力電變換測量電路，將壓力這個物理量直接變換成電量，其測量精度能達0.01％～0.03％FS。硅壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示，上下二層是玻璃體，中間是硅片，硅片中部做成一應(yīng)力杯，其應(yīng)力硅薄膜上部有一真空腔，使之成為一個典型的絕壓壓力傳感器。應(yīng)力硅薄膜與真空腔接觸這一面經(jīng)光刻生成如圖2的電阻應(yīng)變片電橋電路。當外面的壓力經(jīng)引壓腔進入傳感器應(yīng)力杯中，應(yīng)力硅薄膜會因受外力作用而微微向上鼓起，發(fā)生彈性變形，四個電阻應(yīng)變片因此而發(fā)生電阻變化，破壞原先的惠斯頓電橋電路平衡，產(chǎn)生電橋輸出與壓力成正比的電壓信號。圖4是封裝如IC的硅壓阻式壓力傳感器實物照片。

電容式壓力傳感器利用MEMS技術(shù)在硅片上制造出橫隔柵狀。上下二根橫隔柵成為一組電容式壓力傳感器，上橫隔柵受壓力作用向下位移。改變了上下二根橫隔柵的間距，也就改變了板間電容最的大小，即壓力=電容量(圖5)。電容式壓力傳感器宴物如圖6。

MEMS壓力傳感器的應(yīng)用

MEMS壓力傳感器廣泛應(yīng)用于汽車電子：如TPMS(輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng))、發(fā)動機機油壓力傳感器、汽車剎車系統(tǒng)空氣壓力傳感器、汽車發(fā)動機進氣歧管壓力傳感器(TMAP)、柴油機共軌壓力傳感器；消費電子，如胎壓計、血壓計、櫥用秤、健康秤，洗衣機、洗碗機、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器、洗衣機、飲水機、洗碗機、太陽能熱水器用液位控制壓力傳感器；工業(yè)電子，如數(shù)字壓力表、數(shù)字流量表、工業(yè)配料稱重等。

典型的MEMS壓力傳感器管芯(die)結(jié)構(gòu)和電原理如圖7所示，左是電原理圖，即由電阻應(yīng)變片組成的惠斯頓電橋，右是管芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。典型的MEMS壓力傳感器管芯可以用來生產(chǎn)各種壓力傳感器產(chǎn)品，如圖8所示。MEMs壓力傳感器管芯可以與儀表放大器和ADC管芯封裝在一個封裝內(nèi)(MCM)，使產(chǎn)品設(shè)計師很容易使用這個高度集成的產(chǎn)品設(shè)計最終產(chǎn)品。

MEMS壓力傳感器Die的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售鏈

MEMS壓力傳感器Die的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售鏈如圖9所示。目前IC的4英寸圓晶片生產(chǎn)線的大多數(shù)工藝可為MEMS生產(chǎn)所用；但需增加雙面光刻機、濕法腐蝕臺和鍵合機三項MEMS特有工藝設(shè)備。壓力傳感器產(chǎn)品生產(chǎn)廠商需要增加價格不菲的標準壓力檢測設(shè)備。

對于MEMS壓力傳感器生產(chǎn)廠家來說，開拓汽車電子、消費電子領(lǐng)域的銷售經(jīng)驗和渠道是十分重要和急需的。特別是汽車電子對MEMS壓力傳感器的需要量近幾年激增，如捷伸電子的年需求量約為200～300萬個。

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【關(guān)鍵詞】智能壓力傳感器系統(tǒng)設(shè)計

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳感元件位于整個傳感器系統(tǒng)之首，被監(jiān)測的壓力量需要通過傳感元件轉(zhuǎn)換為電信號才能正確進行處理，因此傳感元件的好壞直接影響著傳感器系統(tǒng)的準確運行。通常為了更好的得到信息數(shù)據(jù)會采用固態(tài)壓阻式壓力傳感器，這種傳感器體積小、精度高、靈敏度高并且具有很高的可靠性。整個固態(tài)壓阻式壓力傳感器的核心部分是一塊硅膜片，膜片周圍由硅環(huán)進行固定，而膜片的兩邊有兩個壓力腔，一個是低壓腔，另一個是高壓腔。當膜片的兩邊因為存在的壓力差而變形時，相應(yīng)的膜片上的各點就會產(chǎn)生應(yīng)力，從而使電阻阻值發(fā)生變化，也就會使電橋失去原有的平衡，輸出相應(yīng)的電壓，這個電壓也就反映了膜片上的壓力差值。同時，在進行電阻的布置時也要根據(jù)電阻的特點進行布置，從而使電橋形成全等臂差動電橋，以提高整個壓力傳感系統(tǒng)的靈敏度。在智能壓力傳感器的設(shè)計中，微處理器是最核心的器件，因此在選擇的時候要選擇性價比高的、功能較為強大的處理器。智能壓力傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1。

二、智能壓力傳感器設(shè)計要點

1.正確進行安裝。通常智能壓力傳感器的損壞都是由于安裝位置的不恰當引起的，如果將傳感器安裝在過小或不規(guī)則的孔中，就有可能會造成傳感器的震動膜受到?jīng)_擊而損壞，所以要選擇合適的工具加工安裝孔，防止傳感器在使用過程中的脫落。

2.注意誤差及溫度補償。雖然智能壓力傳感器已經(jīng)將數(shù)據(jù)誤差縮小到很小了，通常情況下用來避免誤差時常采用半橋差動或全橋差動的電路，以進一步縮小誤差，提高輸出的靈敏度。而同時全橋差動的電路也有溫度補償?shù)淖饔?，可以有效減小溫度對于壓力傳感器的影響，所以得到了更廣泛的應(yīng)用。

三、智能壓力傳感器的發(fā)展方向

（1）向高智能、高精度發(fā)展。隨著自動化生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對于傳感器的要求也在不斷提高，只有研制出高靈敏度、高精確度、高運行速度的新型壓力傳感器才能確保生產(chǎn)的高效性。（2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。目前大部分的傳感器工作的溫度范圍都在-20℃～70℃之間，遠遠不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此，要開發(fā)應(yīng)用溫度范圍更廣的傳感器。而傳感器的可靠性也直接影響到電子設(shè)備的性能，所以研制高可靠性的智能壓力傳感器將是永久性的方向。（3）向微型化發(fā)展。雖然現(xiàn)在的智能傳感器應(yīng)用的軟件已經(jīng)越來越小了，但是傳感器控制儀器設(shè)備的體積卻沒有多大變化，只有將儀器的體積縮小，才能真正實現(xiàn)高效、廣泛利用，這就要求生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)使用新材料和新的生產(chǎn)加工技術(shù)，以實現(xiàn)設(shè)備的微型化，當然目前所使用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小了，但卻并不能就此放棄對更多材料應(yīng)用的探索。（4）高智能化?，F(xiàn)在的智能壓力傳感器已經(jīng)將普通傳感器檢測信息的功能和微處理器的信息處理功能很好的結(jié)合在了一起，但就目前形勢看來應(yīng)用并不廣泛，所以，應(yīng)該進一步探討更多的生產(chǎn)技術(shù)，提高設(shè)備的智能系統(tǒng)，降低設(shè)備的生產(chǎn)成本，從而真正促進智能壓力傳感器的應(yīng)用普及。

四、結(jié)語

智能壓力傳感器系統(tǒng)相比起普通壓力傳感器來說有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高等諸多優(yōu)點，也有很高的性價比。我國智能壓力傳感器的應(yīng)用和設(shè)計并不完善，需要投入更多的精力去進行探索，只要我們敢于嘗試、敢于探索，一定能發(fā)現(xiàn)更加利于生產(chǎn)的智能壓力傳感器系統(tǒng)，以推動我國工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]王泉.智能壓力傳感的研究與設(shè)計[J].電子質(zhì)量，2009（2）

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關(guān)鍵詞 壓力傳感器；溫度漂移；溫度補償

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0038-02

壓力傳感器的輸出結(jié)果精度容易受到多種因素的影響，其中，唯獨是影響傳感器輸出精度的最主要因素。目前，國內(nèi)經(jīng)常使用硬件補償和軟件補償兩類方法對壓力傳感器進行溫度補償。硬件補償方法調(diào)試難度較高、精度低、通用性也較差，在實際工程中應(yīng)用時，難以去得較好的效果；而軟件補償方法有效彌補了硬件補償?shù)娜秉c，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償在實際工程中運用十分廣泛，但是典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償法雖然精確度高，但是整個流程過于復(fù)雜、整個過程耗時較長，因此，本文提出了一種基于主成分分析的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償方法，希望對提高補償效率和準確性起到一定的作用。

1 典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補償原理分析

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前研究中應(yīng)用范圍最廣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)術(shù)語單向傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個信息傳輸?shù)倪^程呈現(xiàn)出高度的非線性特點。典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層3層結(jié)構(gòu)。通常情況下BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只有這3層結(jié)構(gòu)，這主要是由于單隱層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既可以完成從任意n維到m維的映射。其典型結(jié)構(gòu)如下圖所示。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

BP算法設(shè)計到了信息的正向傳播以及誤差的反向傳播，信息首先從輸入層傳入，然后經(jīng)過隱含層的處理傳入輸出層，最終輸出的信息可以用下面的形式進行表示：

其中：、分別代表了隱含層及輸出層的權(quán)值；

n0、n1分別對應(yīng)了輸入節(jié)點數(shù)及隱含層節(jié)點數(shù)。

輸出層神經(jīng)元的激勵函數(shù)f1通常呈現(xiàn)出線性特點；而隱含層神經(jīng)元的激勵函數(shù)f2通常采用如下所示的形式在（0，1）的S型函數(shù)中進行輸出：

由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層采用的傳遞函數(shù)為對數(shù)S型曲線，其輸出范圍在（0，1）之間。為了避免節(jié)點在短時間之內(nèi)飽和而無法繼續(xù)進行訓(xùn)練，需要在訓(xùn)練開始之前利用下面公式對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：

，

其中：Ui、Pi均為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的標定值；Uimin、Uimax分別表示輸出電壓的標定極值（最小和最大）；Pimin、Pimax分別表示壓力的標定極值（最小和最大）。

當目標矢量為T，信息通過正向傳遞，可以得到誤差函數(shù)，具體如下所示：

如果輸出結(jié)果無法達到要求的誤差范圍，則返回誤差信號并按照一定的權(quán)值對公式中的各層權(quán)值進行修正，直到輸出結(jié)果達到期望值。

在利用典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行壓力傳感器溫度補償?shù)倪^程中，算法過于復(fù)雜，而且非常耗時，因此，需要對其進行改進，以提高補償效率。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的改進

2.1 改進原理

基于典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用以下方法進行改進。

1）利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的思想對神經(jīng)元的激勵函數(shù)進行改進，從而實現(xiàn)小波特性與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)功能的充分結(jié)合，提高激勵函數(shù)的逼近能力。以Morlet函數(shù)作為小波函數(shù)的母函數(shù)，可以降低不同層面神經(jīng)元之間的影響，提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。以Morlet函數(shù)作母函數(shù)的小波函數(shù)屬于幅值小波，其信號中包含了復(fù)值和相關(guān)信息，改進后的函數(shù)具體如下所示：

在本次研究中，我們選取了R個輸入樣本和N個輸出節(jié)點，則可以利用下面的公式對第l個樣本的第n個節(jié)點的輸入進行表示：

其中：K表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的單元數(shù)量；M表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層的單元數(shù)量；ωn，k表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層第k單元與輸出層第n單元的連接權(quán)值；ak-小波伸縮因子；bk-平移因子；Sl（xm）―輸入信號。

2）在計算過程中通過，附加動量法的應(yīng)用可以有效改實現(xiàn)梯度方向的平滑過渡，使得計算結(jié)果更具穩(wěn)定性。該方法以BP法為基礎(chǔ)對權(quán)值進行調(diào)節(jié)，具體公式如下：

其中：t表示樣本的訓(xùn)練次數(shù)；η表示學(xué)習(xí)速率；σ表示動量因子；σΔωki（t）表示附加動量項，它能夠有效降低不同神經(jīng)元之間的影響，提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。

2.2 主成分BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的實現(xiàn)

步驟1：按照典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法對樣本數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。

步驟2：利用主成分分析法對預(yù)處理后的樣本數(shù)據(jù)進行分析，降低輸入向量之間的影響，使各個輸入變量的協(xié)同方差趨于統(tǒng)一，從而使各權(quán)值具有相同的收斂速度，并以此確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點。

步驟3：對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行初始化，并對其中的部分關(guān)鍵變量進行設(shè)置。

步驟4：為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選取一組學(xué)習(xí)樣本，以輸入節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，并輸入期望fn，l，n=1，2，…，N；l=1，2，…，R。

步驟5：利用輸入的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算網(wǎng)絡(luò)的實時輸出能力，當輸出誤差在允許范圍之內(nèi)時，停止訓(xùn)練；而當輸出誤差超過允許范圍 ，則將誤差信息進行反向傳播，使權(quán)值沿誤差函數(shù)的負梯度方向發(fā)生變化，然后利用梯度下降法計算出變化后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后再重復(fù)進行第4步的操作。

步驟6：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練合格之后，對其進行樣本補償。

步驟7：對補償后的樣本進行反標準化處理，然后與實測數(shù)據(jù)進行誤差比較，判斷出網(wǎng)絡(luò)改進之后的變化。

2.3 壓力傳感器溫度補償

根據(jù)前文提供的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)步驟，可以利用Matlab編程語言來實現(xiàn)。在實現(xiàn)該算法之后，我們通過在壓力傳感器量程范圍內(nèi)確定n個壓力標定點，同時確定m個溫度標定點。標準值發(fā)生器會根據(jù)每個標定點的信息產(chǎn)生對應(yīng)的標定輸入值。然后輸入樣本數(shù)據(jù)，樣本數(shù)據(jù)按照目標值要求的±20%范圍進行選擇，然后以誤差目標小于10-3進行訓(xùn)練，當達到誤差目標之后，網(wǎng)絡(luò)的收斂速度得到有效的提升。

3 結(jié)論

通過研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用主成分分析法對信息進行補償之后，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對這些信息進行訓(xùn)練，其學(xué)習(xí)速度相對直接利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練更高。同時，通過改進典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用小波函數(shù)作為激勵函數(shù)，并應(yīng)用動量附加發(fā)對網(wǎng)絡(luò)敏感性進行控制，可以有效避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部極小問題。通過基于主成分的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補償方法可以使壓力傳感器受環(huán)境溫度變化而發(fā)生的誤差問題得到高效、精確的解決。

參考文獻

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[關(guān)鍵詞]釬焊；多層金屬鍍覆；芯片封接；壓阻式壓力傳感器；低應(yīng)力結(jié)構(gòu)

中圖分類號：S951.4+3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0375-01

1 引言

鶴枋窖沽Υ感器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種壓力傳感器，具有體積小、重量輕、工作可靠、靈敏度高等特點，廣泛應(yīng)用在軍事、石油、化工、汽車等各個領(lǐng)域，通過壓阻效應(yīng)將壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號，從而實現(xiàn)壓力的測量和自動控制的目的。壓阻式壓力傳感器由壓力敏感芯片、管座、波紋膜片等零部件組成，壓力敏感芯片一般通過硅酮類膠與管座連接，由于硅酮類膠的強度較弱，在測量負壓的情況下，敏感芯片受到拉力的作用，芯片易從管座上脫離或發(fā)生內(nèi)部傳壓液體泄漏的現(xiàn)象，可靠性低，易出現(xiàn)故障。若敏感芯片采用強度較高的膠結(jié)劑粘接固定，由于線脹系數(shù)差別較大，在環(huán)境溫度變化較大時易出現(xiàn)膠結(jié)面分離、開裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致故障的發(fā)生。

根據(jù)壓阻式壓力傳感器固片結(jié)構(gòu)和封接界面的受力狀態(tài)，敏感芯片封接時，其封接界面不僅要有足夠抗拉伸強度、較好的密封性，保證傳感器的測壓功能，同時，還要有較小的封接應(yīng)力，減小封接對敏感芯片性能和穩(wěn)定性的影響。

開展壓阻式壓力傳感器硬封接技術(shù)的研究，采用釬焊實現(xiàn)壓力敏感芯片與基體的密封剛性連接代替原有的膠結(jié)固定，滿足壓阻式壓力傳感器在負壓測量時的特殊要求，提高產(chǎn)品的可靠性，是非常必要的。

本文主要是解決現(xiàn)有的壓阻式壓力傳感器封裝敏感芯片的方法易使芯片從管座上脫離而發(fā)生故障的問題，提供一種壓阻式壓力傳感器敏感芯片氣密性硬封接方法。

2 硬封接原理

根據(jù)壓阻式負壓壓力傳感器固片結(jié)構(gòu)和封接界面的受力狀態(tài)，敏感芯片封接時，其封接界面不僅要有足夠抗拉伸強度、較好的密封性，保證傳感器的測壓功能，同時，還要有較小的封接應(yīng)力，減小封接對敏感芯片性能和穩(wěn)定性的影響。采用釬焊固片的方式實現(xiàn)壓力敏感芯片與基體的密封剛性連接，代替原有的膠結(jié)固定，可以提高產(chǎn)品的可靠性。敏感芯片釬焊封接結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3 釬焊封接結(jié)構(gòu)

采用釬焊硬連接固片時，由于連接強度較高，釬焊連接的敏感芯片玻璃底座與管座殼體（不銹鋼）材料的線膨脹系數(shù)差別較大，釬焊完成后會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力失配，影響敏感芯片的輸出穩(wěn)定性，必須采取隔離釬焊焊接應(yīng)力的措施。為減少焊接應(yīng)力對芯片性能的影響，也為了避免釬焊過程時不銹鋼管座上的鍍金電極引線鍵合端面受到沾污、降低引線鍵合的可焊性和強度，采用了在敏感芯片與管座之間增加釬焊轉(zhuǎn)接件進行過渡的方法，即避免了敏感芯片與不銹鋼管座直接釬焊封接應(yīng)力大的問題，又可以保證不銹鋼密封界面的氣密性和耐壓強度，轉(zhuǎn)接件的材料使用可伐合金。為了增加釬焊時的浸潤性和可焊性，可以在轉(zhuǎn)接件的釬焊表面制備鍍金過渡層。

由于芯片釬焊面積小，在芯片釬焊固片時，若固片位置發(fā)生較大偏差，將影響釬焊的強度和密封性，影響產(chǎn)品的可靠性，而且在樣品傳感器的組裝時，各部分之間的間隙很小，若芯片的位置偏移較大，會影響到整體的組裝，導(dǎo)致產(chǎn)品的成品率的下降。為此，在本項目中采取了敏感芯片釬焊定位的技術(shù)途徑解決這一問題。

為此，在釬焊轉(zhuǎn)接件上設(shè)計加工帶孔的定位凸臺，該凸臺與敏感芯片導(dǎo)壓孔相配合，從而達到芯片在轉(zhuǎn)接件上準確定位的目的。在芯片的中心通氣孔處設(shè)計此凸臺結(jié)構(gòu)，能有效的防治釬焊焊料熔化時流淌進入轉(zhuǎn)接件或芯片的通氣孔中，保證芯片的通氣孔能與大氣相通，提高了產(chǎn)品的可靠性。

4 敏感芯片玻璃襯底的釬焊過渡層

為了增加釬料與玻璃表面的濕潤和向玻璃表層的擴散，有助于芯片玻璃襯底與金屬轉(zhuǎn)接件之間形成均勻致密的釬焊界面，需要在玻璃襯底上增加鍍覆層。

由于玻璃屬于硅酸鹽類氧化物，線性膨脹系數(shù)小，為在一定程度上避免釬焊時過大的熱應(yīng)力失配，要實現(xiàn)敏感芯片與金屬轉(zhuǎn)接件之間可靠釬焊，必須在敏感芯片玻璃襯底形成附著力強、熱失配小、可焊性好、焊后耐壓能力強和氣密性高的釬焊層，單層過渡不能同時滿足這些要求，采用三層鍍覆的結(jié)構(gòu)可以很好的解決這一問題，具體為在玻璃襯底上先蒸發(fā)第一層過渡層（鉻Cr），再蒸發(fā)第二層過渡層（鉑Pt），最后蒸發(fā)一層釬焊層（金Au），利用多層鍍覆的方法，實現(xiàn)玻璃與金屬之間的釬焊，隔離釬焊時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使敏感芯片牢固的固定在基座上，來確保鍍覆層能夠滿足氣密性與耐壓強度的要求。

5 釬焊焊料選擇

釬焊焊料的選擇條件主要是兩點，一是與芯片的溫度性能相匹配，二是與敏感芯片玻璃襯底鍍覆金屬層和釬焊轉(zhuǎn)接件鍍覆金屬層相匹配。

對于SOI芯片，根據(jù)壓力敏感芯片玻璃襯底鍍覆層的特性，并考慮焊接時的工藝性，合理選擇釬焊焊料，盡量減少釬焊加熱過程中對芯片性能的影響，考慮到壓力敏感芯片能夠承受的最高溫度（450℃左右）和靜電封接的溫度（360℃），焊片應(yīng)選擇熔化溫度小于360℃的低溫釬焊焊料。

為了使釬焊焊料在釬焊時具有更好的流淌性，能夠均勻的附著在被釬焊件的表面，可以選擇加入松香作為釬焊時的助焊劑，加入助焊劑后，釬焊焊片能夠更好、更快的不滿被釬焊件的表面，也很好的避免了釬焊焊料熔化不充分導(dǎo)致空洞和裂紋的產(chǎn)生。而且松香在前韓式的高溫條件下會揮發(fā)干凈，不會再釬焊層表面或內(nèi)部產(chǎn)生殘留物，不會將有機物引入到釬焊結(jié)構(gòu)中而導(dǎo)致影響產(chǎn)品的性能，保證了產(chǎn)品的可靠性。

結(jié)束語

針對壓阻式負壓壓力傳感器的工作狀態(tài)，提供了一種壓力敏感芯片與管座連接的新方法，采用釬焊固片工藝，應(yīng)用敏感芯片玻璃襯底釬焊過渡層的多層蒸發(fā)和鍍覆、低應(yīng)力釬焊結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，將壓阻式壓力傳感器的敏感芯片與管座進行剛性密封連接，有效解決了使用硅酮類膠進行傳統(tǒng)軟連接的壓阻式壓力傳感器在測量負壓時敏感芯片受到拉伸力的作用，敏感芯片具有從被固定的管座基面脫離的趨勢，其封接界面存在密封性差、耐拉伸能力低、塑性變形、易蠕變、易機械劣化的諸多局限性，從而提高了壓阻式壓力傳感器負壓測量時的可靠性和性能的穩(wěn)定性，徹底避免了負壓測量時內(nèi)部傳壓液體泄漏故障的發(fā)生。

篇6

關(guān)鍵詞：汽車 發(fā)動機控制系統(tǒng) 進氣歧管壓力傳感器 設(shè)計 關(guān)鍵技術(shù)

傳感器是一種變換器，它完全能夠把電量變化、物理量變化以及化學(xué)量變化的基本信息變換成控制系統(tǒng)中計算機能夠理解的電信號，是一些控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。進氣歧管壓力傳感器在汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)中具有十分重要的作用，它能夠根據(jù)發(fā)動機的負荷狀態(tài)測出進氣歧管內(nèi)壓力的變化，并將此變化轉(zhuǎn)換成發(fā)動機電控單元能夠識別的電壓信號，進而作為確定噴油器基本噴油量的依據(jù)，如果進氣歧管壓力傳感器有故障，就會在不同程度上為發(fā)動機怠速，加速造成影響，使發(fā)動機的使用性能受到嚴重的影響。因此在設(shè)計中必須要加強關(guān)鍵技術(shù)的探討，進而保證進氣歧管壓力傳感器的質(zhì)量。

一、發(fā)動機壓阻式進氣歧管壓力傳感器的功能

發(fā)動機壓阻式進氣歧管壓力傳感器利用的是半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，由于其具有精度高，成本低，抗震性能良好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，它能夠根據(jù)汽車發(fā)動機的負荷狀態(tài)實時地測出進氣歧管內(nèi)絕對壓力的變化，并且能夠?qū)⑦@個變化經(jīng)過集成電路輸送到發(fā)動機控制單元，然后發(fā)動機就可以根據(jù)收到的信號確定噴油器的配油量，進而在最大程度上發(fā)揮發(fā)動機的性能。

二、壓阻式進氣歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)

傳感器主要有一個密封良好的彈性膜片和一個鐵質(zhì)磁芯構(gòu)成，膜片和磁心精確地放置在微型線圈內(nèi)，壓阻式歧管壓力傳感器中的壓力轉(zhuǎn)換元件是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)制成的約為3mm的正方形硅膜片，并且其中部經(jīng)光刻腐蝕形成厚約50mm、直徑約1.5mm的薄膜，同時還有四個以單臂電橋方式連接的應(yīng)變電阻，同時硅膜片的一面導(dǎo)入進氣歧管壓力，而另一面是真空室。

三、壓阻式進氣歧管壓力傳感器的工作原理

當汽車發(fā)動機開始工作時，進氣歧管內(nèi)的一部分空氣就會通過壓力傳感器的進氣口作用在硅膜片上，同時由于硅膜片的一側(cè)是真空室，所以硅膜片就會受到壓力而變形，與此同時通過電橋方式與硅膜片連接的應(yīng)變電阻的電阻值就會發(fā)生變化，進而電橋輸出電壓隨之變化。也就是當進氣流量增大時，進氣壓力就會增大，這時硅膜片的形變量就會增大，進而導(dǎo)致應(yīng)變電阻的變化率增大，結(jié)構(gòu)中電橋電壓升高，經(jīng)過有關(guān)集成電路的適當比例放大之后，壓阻式歧管壓力傳感器輸入發(fā)動機控制系統(tǒng)中電子控制單元的信號電壓就會升高。

四、壓阻式進氣歧管壓力傳感器加工技術(shù)關(guān)鍵

1.壓阻式進氣歧管壓力傳感器的封裝工藝

壓阻式進氣歧管壓力傳感器的封裝工藝過程涉及到很多方面的因素，因而在壓阻式歧管壓力傳感器加工必須要建立封裝技術(shù)規(guī)范，首先要選擇芯片與封裝互連的方式，根據(jù)實驗可知壓阻式歧管壓力傳感器應(yīng)該倒裝芯片鍵合技術(shù)，它是目前主流的半導(dǎo)體封裝技術(shù)，是將傳感器芯片的有源區(qū)面對基板進行鍵合，也就是在芯片與基板加工時都制備了特定的焊接盤，然后通過金屬引線、載帶，合金焊料或者是有機導(dǎo)電聚合物制作的焊凸對芯片與基板進行面對面鍵合。采用這種技術(shù)鍵合時，鍵合引線比較短，同時焊接處直接與其他基板焊接，這樣引線電感比較小，進而傳感器傳輸延時比較短，是互連中延時最短，并且寄生效應(yīng)最小的一種互連方法。然后就是鍵合方法的選擇，根據(jù)壓阻式歧管壓力傳感器的要求，可以利用高溫和超聲能進行鍵合的方法。

2.壓阻式進氣歧管壓力傳感器中芯片綁定的關(guān)鍵技術(shù)

在壓阻式進氣歧管壓力傳感器中芯片綁定的過程中必須要遵循一定的工藝流程及要求，只有這樣才能保證芯片綁定的質(zhì)量，進而保證壓阻式歧管壓力傳感器的質(zhì)量。在綁定芯片之前，首先要用橡皮或者毛刷對PCB上存在油污或者氧化層的地方進行清理，只有清理干凈之后才能進入下一個工序；然后就是在PCB板上滴粘接膠，可以有效防止產(chǎn)品在傳遞和綁線過程中出現(xiàn)芯片脫落的現(xiàn)象，粘結(jié)膠的量應(yīng)該根據(jù)芯片的類型與尺寸而定；接著就是芯片粘結(jié)，在芯片粘貼中，要求真空吸筆材質(zhì)硬度要小，并且真空吸筆的直徑應(yīng)該根據(jù)芯片大小而定，為了避免刮傷芯片表面必須要保證真空吸筆筆尖的平整，還有再粘貼中不能出現(xiàn)芯片貼反的現(xiàn)象。

3.壓阻式進氣歧管壓力傳感器的整體測試技術(shù)

如果進氣歧管處的真空發(fā)生泄漏會使進氣歧管壓力傳感器不能獲取正確的真空信號，如果真空軟管泄漏或脫落，或者進氣歧管壓力傳感器軟管接頭與炭罐接頭錯接，都會在很大程度上給壓阻式歧管壓力傳感器帶來故障，因此在使用之前必須要對壓阻式歧管壓力傳感器進行整體測試。首先就是進氣歧管壓力傳感器電源電壓的檢測，具體方法為拔下進氣歧管壓力傳感器的線束插頭，然后打開發(fā)動機點火開關(guān)，但是不要啟動發(fā)動機，然后檢查進氣歧管壓力傳感器和電控單元之間的線路是否存在斷路，若存在，則傳感器不合格。然后就是進氣歧管壓力傳感器輸出電壓的檢測，將真空軟管拆下，使傳感器直接與大氣相通，然后打開發(fā)動機點火開關(guān)，同樣不要啟動發(fā)動機，接著向傳感器內(nèi)施加真空，測量在不同真空度下傳感器的輸出電壓，將輸出電壓下降量與標準值相比較，如果相符則合格，如果不符，則壓力傳感器不合格。

五、結(jié)束語

進氣歧管傳感器將進氣壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號，作為噴油器的供油量控制重要參數(shù)之一，如果質(zhì)量存在問題會在使用中出現(xiàn)故障，進而給發(fā)動機的正常性能的發(fā)揮帶來很大的影響，因此必須要提高壓力傳感器的加工技術(shù)，進而提高壓力傳感器的質(zhì)量。

參考文獻：

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[5]任好.汽車發(fā)動機相關(guān)傳感器動態(tài)特性的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2005. - 64

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1、在常溫常壓下LPG為氣態(tài)，只需稍加壓或冷卻就能變成液體。由于12℃具有較高的辛烷值，因此是一種理想的車用燃料。 雙燃料汽車是在保留原車燃油系統(tǒng)情況下，加裝一套LPG供給系統(tǒng)，在使用過程中根據(jù)需要可在汽油和LPG之間自由轉(zhuǎn)換。汽車燃用LPG與燃用汽油時一樣，駕駛員只需操縱油門踏板，就能改變發(fā)動機的工況，適應(yīng)汽車行駛性能的要求。

2、當燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到LPG位置時，汽油電磁閥斷電(切斷汽油供給)，LPG電磁閥通電。LPG液體從儲氣罐出來，經(jīng)過LPG電磁閥到達蒸發(fā)調(diào)壓器，經(jīng)過降壓、汽化變?yōu)榻咏髿鈮旱臍怏w。LPG氣體流經(jīng)功率調(diào)節(jié)閥到文氏管混合器，在文氏管混合器中與空氣充分混合，根據(jù)發(fā)動機的工況向化油器喉管(只起通道作用)處供應(yīng)一定量的LPG氣體。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

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【關(guān)鍵詞】 壓力傳感器 平板車 PLC 線性插值

0 引言

本文研究的平板車是靠柴油機和液壓油泵提供動力的重型車輛[1]，控制對象是液壓控制系統(tǒng)中配置的各種液壓元件，其中壓力傳感器在控制系統(tǒng)中占據(jù)了舉足輕重的地位[2]。平板車液壓控制系統(tǒng)中涉及到的壓力傳感器按功能可分為：驅(qū)動行走、轉(zhuǎn)向和升降等三種功能的傳感器，按輸出信號類型有電壓型和電流型等兩種類型的傳感器。本文研究和分析的主要是用于升降功能的電流型的壓力傳感器在平板車PLC電氣自動控制方案中的應(yīng)用，包括升降平臺的自動稱重[3]和升降比例閥電信號調(diào)節(jié)等方面。

1 平臺稱重的原理分析

1.1 電流型壓力傳感器的工作原理

一般情況下，平板車分為ABCD四個承重點，根據(jù)平板車的軸線不同，各個承重點內(nèi)包含的液壓油缸的個數(shù)也有所差別，平臺所承載的貨物的重量就反映到油缸內(nèi)部的油壓上。而壓力傳感器就安裝在四個承重點的油路上，來實時監(jiān)測各個油路的壓力，稱重過程工作原理圖如圖1所示。壓力傳感器內(nèi)部的應(yīng)變感應(yīng)裝置將測量到的液壓油缸內(nèi)部的壓力轉(zhuǎn)變成容易測量的電流信號，然后經(jīng)過A＼D轉(zhuǎn)換裝置將信號做進一步處理，由PLC多次采集壓力傳感器的信號，通過PLC控制單元的計算，最后將電流值對應(yīng)成可供參考的壓力數(shù)據(jù)。

本設(shè)計中選用的壓力傳感器的輸出信號為4-20mA，對應(yīng)壓力值為0-60Mpa，該傳感器輸出信號的線性度良好，所以在程序計算中可將電流值和壓力值進行一一對應(yīng)來得到當前被測對象的實際壓力值。

1.2 稱重系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

平臺稱重系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的難點在于平板車是一種可以自由升降的載重平臺，升降平臺靠懸掛機構(gòu)支撐，如圖2所示，支撐機構(gòu)包括平衡臂、懸掛油缸、懸掛架和回轉(zhuǎn)支承等四部分，其中懸掛油缸2為單作用柱塞式液壓缸，它承擔著本輪軸的全部負載，平臺升降也是靠該液壓油缸的伸縮來實現(xiàn)的。

假設(shè)平臺不具備升降功能，那么可以肯定油缸內(nèi)部的壓力值和平臺的載重會是一個一一對應(yīng)的關(guān)系，即存在一個確定的數(shù)值K能夠建立兩者之間的確定數(shù)學(xué)公式。

但是，本文研究的平板車的載重平臺是必須要具備升降功能的，并且在升降過程中，懸掛油缸2做不規(guī)則的伸縮和轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動，這樣以來就導(dǎo)致油缸的有效受力面積實時發(fā)生變化，所以當平臺載重不變時，油缸在伸縮過程中會伴隨油缸壓力的變化。也就是說，壓力值和平臺載重值之間的關(guān)系K值會隨著平臺高度的變化而發(fā)生變化，所以如果要在任意高度得到平臺的載重量必須要對K值進行實時修正。

懸掛油缸的行程一般情況下是0-300mm，為了統(tǒng)一起見，在此將油缸的行程標定為0-100的變化區(qū)間。理論上講，K值實時修正就能得到平臺的實際載重量，但是工程實際中要做到實時修正很難，并且也沒太大的實際意義，實際工況是允許誤差存在的，所以在此引入線性插值近似的思想，將油缸的整個區(qū)間分為0、25、50、75和100等5個插值點來計算K值，然后在點與點之間可以進行線性對應(yīng)得到任意高度的K值。以承載重量為32T的懸掛機構(gòu)為例，可得到如下表1所示的K值對照表。為了便于計算，表中將K值擴大了1000倍。

實際應(yīng)用過程中，結(jié)合PLC的快速程序運算能力，通過上述方法測量計算的載重值與實際重量相對比，誤差在±1.25%之內(nèi)，滿足了平板車客戶對稱重系統(tǒng)的要求。在實際的生產(chǎn)運輸過程中，對于操作者來說具有一定的參照意義。

2 壓力傳感器在升降調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

2.1 平板車升降功能的分析

平板車靠懸掛油缸的伸縮來實現(xiàn)平臺的升降，電氣系統(tǒng)對平臺升降的調(diào)節(jié)有單點和整體兩種控制功能，單點升降包括ABCD四點獨立和平臺的單邊獨立動作等功能，整體升降就是指平臺ABCD四點同時、同步、平穩(wěn)動作。單點升降的速度和平穩(wěn)性靠操作者人為來控制，電氣控制系統(tǒng)不進行自動調(diào)節(jié)，而整體升降主要是靠控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)來保證平臺升降的同步性和平穩(wěn)性。所以本文主要是在整體升降功能中應(yīng)用了壓力信號的調(diào)節(jié)作用。

實際運輸過程中，平板車的載重量往往不固定，重心也很難確定，這樣就給自動調(diào)平帶來了很大麻煩。在平臺整體上升和下降的過程中，載重量對平臺整體下降的影響更為明顯，所以以下僅以整體下降功能為例進行分析說明，上升功能的調(diào)節(jié)類同。

2.2 對比例閥整降信號調(diào)節(jié)的實現(xiàn)

由于平臺整體下降是靠重力來實現(xiàn)的，所以很顯然如果升降比例閥的開口度固定不變，那么平臺所承載的貨物越重下降的速度也就越大。為了避免不同載重下平臺整體下降的速度出現(xiàn)很大差異，所以在自動調(diào)節(jié)的過程中引入了承載點壓力信號對比例閥整降信號的限制作用，為了便于說明起見也用K值來表示該限制作用的大小。程序設(shè)計中，采集的是各個承載點的實時壓力信號，壓力值越大對比例閥信號的限制程度越明顯，即K值越小。

平板車在滿載情況下，四個承載點的壓力平均值在24Mpa左右，在此同樣是采取線性插值的近似算法，將平板車承載的壓力區(qū)間分為0、6、12、18、24和30Mpa等6個工作壓力插值點，結(jié)合理論計算和實際測試經(jīng)驗，可以給出如表2所示的K值對照表。但是由于不同車輛之間配置的比例閥、懸掛油缸以及車輛管路的布置等都不可能做到完全相同，所以該表中所對應(yīng)的K值需要根據(jù)實際車輛的具體情況進行在線調(diào)整，直到適合被測對象為止。

平板車整體升降自動調(diào)節(jié)過程中自從引入了壓力傳感器的作用之后，優(yōu)化了PLC電氣控制系統(tǒng)對升降比例閥的控制能力，很好的解決了平板車升降平臺載重量不確定、不均勻和偏載等方面的問題。

3 結(jié)語

本文著重分析了壓力傳感器在平板車升降功能中的應(yīng)用，電氣控制系統(tǒng)通過對壓力信號的分析，將對液壓元件的控制提高到了一個新的臺階，更便于電氣控制和液壓控制的有機結(jié)合。

平板車電氣控制系統(tǒng)基于PLC實現(xiàn)了壓力傳感器在升降平臺自動稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用，還進一步介紹了壓力控制參數(shù)在電氣自動調(diào)平過程中的調(diào)節(jié)作用。PLC程序運算過程中多處采用線性插值近似的數(shù)學(xué)算法，實現(xiàn)了平板車系統(tǒng)過程控制的合理化要求，尤其使對升降功能的控制性能更趨于穩(wěn)定化，同時也大大增強了平板車電氣自動控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]袁海文，王天暉等.基于CAN總線的DYY300型運梁車升降及調(diào)平系統(tǒng)原理設(shè)計與工程實現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報，2002，23（3增刊）：703-705.

[2]李侃，趙靜一.全液壓自行走平板車電液調(diào)平系統(tǒng)研制[J].儀器儀表學(xué)報，2008，29（8增刊）：531-534.

[3]王艷，程俊峰等.壓力傳感器在升降式運輸車稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng)，2006，25（6）：78-82.

篇9

【關(guān)鍵詞】光纖光柵傳感器 無線傳輸 觸指壓力 ZigBee 在線監(jiān)測

目前，高壓隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱問題會導(dǎo)致觸頭發(fā)熱部位熔化，增加停電次數(shù)，影響電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對現(xiàn)有的高壓隔離開關(guān)發(fā)熱問題的分析、統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)觸指發(fā)熱占到全部發(fā)熱問題的80%以上，而隔離開關(guān)觸指壓力不足而導(dǎo)致接觸部位接觸不良引起的觸頭發(fā)熱占到隔離開關(guān)觸指發(fā)熱缺陷的60%以上，因此，減少高壓隔離開關(guān)發(fā)熱的關(guān)鍵是保證隔離開關(guān)觸指的壓力。目前有幾種離線方式檢測：通過測試刀閘回路的接觸電阻來判斷接觸部位的接觸情況，粗略地判斷隔離開關(guān)觸指的壓力是否合格；通過模擬觸指，設(shè)計模具，通過壓力傳感器的數(shù)據(jù)采樣判斷隔離開關(guān)觸指的壓力是否合格；以上方法都缺少預(yù)防性的監(jiān)控手段，無法滿足實時監(jiān)測的需求；為了滿足《河北省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》9.3.1款“檢查動靜觸頭接觸壓力”以及《河北省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)診斷導(dǎo)則》11.2.2款“隔離開關(guān)觸指壓力不符合技術(shù)條件”的檢測要求，增加隔離開關(guān)狀態(tài)檢測手段，填補工作中無法測量觸指壓力的盲點，迫切需要隔離開關(guān)觸指壓力的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1 高壓隔離開關(guān)

高壓隔離開關(guān)有多種分類方式。根據(jù)極數(shù)分為單極和三極；按操作機構(gòu)可分為手動式，電動式和液壓式。按絕緣支柱數(shù)目可分為單柱式隔離開關(guān)、雙柱式隔離開關(guān)和三柱式隔離開關(guān)，其中單柱式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)最為簡單，有體積小、接引導(dǎo)線少的優(yōu)點，在需要節(jié)約空間的工況中使用有較大優(yōu)勢。隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中主要起安全隔離作用，它的任務(wù)是在無負荷下分、合電路，以達到停電檢修和轉(zhuǎn)換電路的目的。

1.1 單柱式隔離開關(guān)

單柱式隔離開關(guān)是只有一個絕緣支柱的隔離開關(guān)。它由絕緣支柱、折疊活動臂（動觸頭）和靜觸頭三部分組成。如圖1所示：按折疊活動臂結(jié)構(gòu)的不同可分為剪刀式和半剪刀式兩種型式的活動。其中絕緣支柱用來支持和操作上部導(dǎo)電桿和折疊活動臂。通常由兩個支柱絕緣子組成，一個是固定的大直徑、高強度支柱絕緣子，起支持導(dǎo)電、絕緣支柱單柱式隔離開關(guān)部分的作用；另一個是活動的小直徑、普通強度的支柱絕緣子，能水平旋轉(zhuǎn)，用以操作活動，完成斷開和閉合的動作。折疊活動臂隔離開關(guān)的導(dǎo)電部分，又稱動觸頭。它安裝在絕緣支柱的上部，沿垂直方向起落，以完成斷開和閉合的動作。

活動臂有兩種結(jié)構(gòu)：（1）單側(cè)折疊活動臂，非對稱結(jié)構(gòu)，簡稱半剪刀式。（2）雙側(cè)折疊活動臂，對稱結(jié)構(gòu)，簡稱剪刀式。折疊活動臂是隔離開關(guān)的核心部件，應(yīng)滿足載流量的要求，并具有規(guī)定的動、熱穩(wěn)定性，一般用鋁合金管或銅管制成。由于單柱式隔離開關(guān)的靜觸頭安裝在母線上，具有一定的風(fēng)偏搖擺，故要求折疊活動臂具有足夠的長度，使隔離開關(guān)在風(fēng)偏時能可靠的夾住靜觸頭。由于結(jié)構(gòu)不同，半剪式隔離開關(guān)的靜觸頭垂直母線安裝，剪刀式隔離開關(guān)的靜觸頭平行母線安裝。

單柱式隔離開關(guān)的應(yīng)用具有以下特點：（1）它是垂直開啟的方式，通常用作母線隔離開關(guān)，可以直接分布在母線下方，減少高壓比電裝置的縱向尺寸，節(jié)省占地。（2）它的折疊活動臂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，隔離開關(guān)的價格交規(guī)，通常只在電壓等級較高的配電裝置中采用，在我國已形成220～500kV單柱式隔離開關(guān)的系列產(chǎn)品。（3）剪刀式隔離開關(guān)鉗夾范圍大，與有一定風(fēng)偏搖擺的軟母線配合有利，而半剪刀式隔離開關(guān)鉗夾范圍小，與固定不動的硬母線（支持式）配合有利。

圖1 單柱式隔離開關(guān)圖

1.2 雙柱式隔離開關(guān)

雙柱式隔離開關(guān)圖2所示，由兩個垂直布列的絕緣支柱組成的隔離開關(guān)。每極有兩個可轉(zhuǎn)動的觸頭，分別安裝在單獨的瓷柱上，且在兩個支柱之間接觸，其斷口方向與底座平面平行的隔離開關(guān)。按不同的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可分成水平旋轉(zhuǎn)式和水平伸縮式兩種類型。雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)是由兩根絕緣支柱同時起支撐和傳動作用，為確保隔離開關(guān)和接地開關(guān)兩者之間操作順序正確，在產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)上裝有機械聯(lián)鎖裝置，以保證“主分-地合”、“地分―主合”的順序動作。此種結(jié)構(gòu)的支柱既起支撐作用又起傳動作用，所以雖然結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但不易向超高壓發(fā)展。雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)具有活動關(guān)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡單，操作力較小的優(yōu)點，但當斷開時，帶電的導(dǎo)電活動也跟著旋轉(zhuǎn)90°，增加了隔離開關(guān)的相間距離，從而加大了配電裝置的間隔寬度。例如采用252kV雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)的配電裝置的間隔寬度為14m，而其它型式只需要13m。但是由于它操作時只有旋轉(zhuǎn)絕緣支柱的簡單動作，且僅有一個斷開點，運行安全可靠，具有其它型式隔離開關(guān)無法比擬的優(yōu)點。

圖2 雙柱式隔離開關(guān)圖

1.3 三柱式隔離開關(guān)

三柱式隔離開關(guān)由三個垂直布置的絕緣支柱及其它部件組成的隔離開關(guān)。中間支柱的頂部安裝水平導(dǎo)電臂，隨著中間支柱的旋轉(zhuǎn)而改變位置。兩個邊側(cè)支柱固定不動，其頂部均安裝靜觸頭。合閘時，水平導(dǎo)電臂部分兩端的靜觸頭；分閘時中間支柱帶動水平導(dǎo)電臂旋轉(zhuǎn)60°。在兩側(cè)靜觸頭之間分別形成空氣間隙，其隔離作用是由兩個串聯(lián)空氣間隙形成的。其結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。三柱式隔離開關(guān)由于其支柱較多，加大了擦洗支柱絕緣子的工作量；中間支柱需要同時操作兩個水平活動導(dǎo)電臂，其操作力較大。但它所要求的相間距離較小，故在220～330kV配電裝置中應(yīng)用較多。由于它的縱向尺寸較大，用作母線隔離開關(guān)時，需要增加母線相間距離，從而增加配電裝置的占地，因此一般都將三柱式隔離開關(guān)用作出線或進線隔離開關(guān)。在500kV配電裝置中，由于它的縱向尺寸太大，水平活動臂太長，操作時會產(chǎn)生抖動，故一般都不采用。

圖3 三柱式隔離開關(guān)圖

1.4 高壓隔離開關(guān)觸指壓力的傳統(tǒng)檢測方法

（1）彈簧秤拉伸法。由于高壓隔離開關(guān)的觸指壓力是由隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間接觸而產(chǎn)生的。采用彈簧秤法是將彈簧秤的一端固定在隔離開關(guān)靜觸頭端，其位置在隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間的接觸點上，再用力拉伸彈簧秤直至隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間剛剛開始出現(xiàn)縫隙時，讀取彈簧秤的讀數(shù)即為隔離開關(guān)的觸指壓力。（2）人工經(jīng)驗法。人工經(jīng)驗法是一種最簡單、最直接的用于檢測高壓隔離開關(guān)的觸指壓力的方法，依靠檢修人員的經(jīng)驗，比如數(shù)加力手柄搖動的圈數(shù)或用雙手拉動剪力式開關(guān)的兩臂來估計接觸壓力的大小。（3）模擬隔離開關(guān)動觸頭法。模擬隔離開關(guān)動觸頭器件，將傳感元件安裝在模擬的隔離開關(guān)動觸頭上，在不通電的情況下將模擬動觸頭插入隔離開關(guān)動、靜觸頭實際合閘位置，這樣對隔離開關(guān)觸指壓力進行測量。

1.5 高壓隔離開關(guān)觸指壓力檢測的研究現(xiàn)狀

在各類檢修規(guī)程和標準中都有測量觸指接觸壓力的規(guī)定，將彈簧秤作為推薦的測量工具，而在實際工作中，測量觸指壓力要在高空，用彈簧秤檢測觸指壓力不但不方便、不準確也不安全，且有不少觸頭由于有外罩遮擋等原因而不能直接測量。模擬隔離開關(guān)動觸頭法都是在不通電的情況下將模擬動觸頭插入隔離開關(guān)動、靜觸頭實際合閘位置，這樣對隔離開關(guān)觸指壓力進行測量。這種測量方法必須要在斷電的時候進行測量，而且測量的并不是真正的動觸頭合閘時所產(chǎn)生的觸指壓力，不能實現(xiàn)隔離開關(guān)觸指壓力的實時在線安全監(jiān)測，不能及時的反映隔離開關(guān)觸指壓力的變化，不能精確的判斷動觸頭合閘時的安全合閘位置。因此有必要對實現(xiàn)高壓隔離開關(guān)觸指壓力的實時在線監(jiān)測進行研究。

2 基于光柵傳感器和無線傳輸?shù)母邏焊綦x開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)

基于光柵傳感器和無線傳輸?shù)母邏焊綦x開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測隔離開關(guān)的觸指壓力，可以及時分析出現(xiàn)場隔離開關(guān)的運行情況，減少由于觸指壓力不足導(dǎo)致的接觸不良進而引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象，可以減少停電次數(shù)，提高國家電網(wǎng)運行效率。

2.1 光纖光柵應(yīng)變傳感器介紹

光纖光柵應(yīng)變傳感器是以光纖為載體，在光纖的局部區(qū)域?qū)懭牍鈻?，利用反射或透射布拉格光柵峰值波長移動的特性來實現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值的絕對測量。光纖光柵傳感器有很多優(yōu)點，如體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、無零漂、易于安裝、復(fù)用性好、使用壽命長等特點。廣泛應(yīng)用在橋梁、堤壩的安全監(jiān)測，油庫、倉庫、高層建筑、礦井和隧道的火災(zāi)防護、電力等多個領(lǐng)域。

2.2 光纖光柵應(yīng)變傳感器工作原理

應(yīng)用光纖光柵進行應(yīng)變測量，主要通過獲得在盈利作用下，光柵反射的中心波長的漂移而間接的得到。大量實驗表明，在恒溫條件下，光纖光柵均勻軸向應(yīng)變引起波長移位的縱向應(yīng)變靈敏度公式：

（1）

其中： （2）

為有效彈光常數(shù)；而：

（3）

為光纖光柵相對波長移位應(yīng)變靈敏度系數(shù)。利用純?nèi)廴谑⒌膮?shù)，p11=0.121，p12=0.270，υ=0.17，neff=1.456，可得光纖光柵相對波長移位應(yīng)變靈敏度系數(shù)sε=0.784。如果取波長λ為1541.254則光纖光柵彈光效應(yīng)單位縱向應(yīng)變引起的波長移位為1.208pm/με.由（2）式知光柵的應(yīng)變與波長的變化之間的關(guān)系式為： （4）

即通過光柵中心波長的變化，由（4）式求得結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成介紹

高壓開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有光纖光柵應(yīng)變傳感器，觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸模塊，觸指壓力監(jiān)控裝置構(gòu)成。

2.3.1 光纖光柵應(yīng)變傳感器

當隔離開關(guān)動靜觸頭接觸時，光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實時采集到應(yīng)變量值，并通過光纖將數(shù)據(jù)傳到光纖解調(diào)和無線傳輸部分。光纖光柵應(yīng)變傳感器現(xiàn)場安裝時，用膠接方式將傳感器固定在結(jié)構(gòu)物表面，安裝十分簡單。同時此傳感器精度高，穩(wěn)定性好，在惡劣環(huán)境下性能優(yōu)越，抗機械疲勞，能消除電回聲探測和電火花危險，不受電磁干擾。

2.3.2 觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端

隔離開關(guān)觸指壓力是由隔離開關(guān)進行合閘操作后隔離開關(guān)動、靜觸頭相擠壓所產(chǎn)生的線接觸壓力。觸指壓力光纖解調(diào)器將光纖光柵應(yīng)變傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)以無線ZigBee的方式傳到觸指壓力監(jiān)控裝置端顯示。光纖解調(diào)采用低功耗嵌入式處理器設(shè)計，性能穩(wěn)定可靠，同步采樣速率可在0～5HZ范圍內(nèi)設(shè)定。無線傳輸模塊采用ARM核心處理器，雙路ZigBee芯片，AC/DC模塊，模具外殼加工時充分探討磁鐵的安裝位置和電源出線方式，實現(xiàn)實時傳輸。

2.3.3 觸指壓力監(jiān)控裝置

一體化工業(yè)平板電腦，USB口轉(zhuǎn)ZigBee通訊接口模塊，USB口轉(zhuǎn)GPRS通訊接口模塊，通訊收發(fā)處理程序軟件，一次主接線圖和壓力數(shù)值顯示界面，故障處理專家系統(tǒng)軟件。

2.4 主要技術(shù)指標介紹

（1）光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標表1所示。

表1 光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標

項目

參數(shù)值

量程（με）

300

精度（με）

0.5%F.S.

分辨率（με）

0.1%F.S.

光柵中心波長（nm）

1528～1563

反射率

≥80%

工作溫度范圍（℃）

-30～85

尺寸（mm）

25×6×1

尾纖

耐腐蝕PU披覆鎧裝，兩端各1.5m，可定制

（2）觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端主要技術(shù)指標表2所示。

表2 觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端主要技術(shù)指標

項目

參數(shù)值

光通道數(shù)

1/4/8/16/24

每通道最大測點數(shù)

50，推薦測點數(shù)：25

同步采樣頻率

5HZ

波長測量范圍

1525nm～1565nm （1510nm～1590nm可定制）

波長分辨率

0.1pm

波長精度

±1pm

應(yīng)變測量精度

±2με

應(yīng)變分辨率

0.1με（典型值）

無線傳輸距離

≥100m（無阻擋）

（3）觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標表3所示。

表3 觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標

項目

參數(shù)

外形尺寸

10.2寸

前面板尺寸

285mm*163mm

觸摸屏

4線高精度電阻式，硬度>3H，單點100萬次

內(nèi)存

64MB SDRAM

功耗

12V，170～400mA

通信串口

2路RS232，1路RS485

電源管理

9V―28V外接電源

對比度

400：1

擴展選配功能

WIFI、GPS、GPRS、藍牙、Watchdog

3 結(jié)語

隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣泛的高壓開關(guān)設(shè)備。戶外隔離開關(guān)容易受到環(huán)境氣候條件影響。尤其是接觸部分容易受雨水、灰塵及有害氣體的侵襲產(chǎn)生接觸不良而導(dǎo)致發(fā)熱，彈簧會因發(fā)熱而退化使壓力降低，這樣導(dǎo)致觸點發(fā)熱形成惡性循環(huán)最終燒壞而釀成事故。而人員在檢修時往往對那些壓力降低的彈簧無法判斷與更換，這樣在再次運行中，每個觸指電流的分布會因壓力不同而不同，差別越大電流分布越不均勻，長期運行后就會發(fā)生接觸不良而過熱。觸指的發(fā)熱會惡性循環(huán)，一個觸指接觸不好就會蔓延整個觸頭接觸不良。光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實時監(jiān)測高壓隔離開關(guān)觸指壓力，而且采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)靈敏度高，精度高。光纖光柵應(yīng)變傳感器采用表面粘貼工藝，經(jīng)過多方的實驗驗證，光纖光柵應(yīng)變傳感器的測量結(jié)果是真實有效的。因此隔離開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)在一定程度上降低了事故跳閘率，提高了電網(wǎng)運行效率，保障了電力系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻：

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篇10

關(guān)鍵詞：絕緣；擊穿；有效；措施；防控

1. 故障現(xiàn)象

2015年3月8日17時36分黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)公司330KV升壓站GIS組合電器I母電壓互感器B相絕緣損壞，繼電保護 I母差動動作，造成沮黃I線失電，沮黃I線斷路器開關(guān)跳閘，I母電壓互感器（PT）開關(guān)跳閘，330KV母聯(lián)PT ，B相絕緣故障，母聯(lián)PT保護柜，B相失靈啟動，變化量（B相突變6.15A）母聯(lián)開關(guān)3300、0#啟備變高壓側(cè)開關(guān)3303跳閘，經(jīng)運行人員及時查看并研究跳閘分析報告、NCS報文、故障錄波、局放檢測站等分析報告，就地查看各個開關(guān)外表是否有無明顯放電絕緣擊穿跡象。確認I母電壓互感器（PT）電氣二次保護設(shè)備跳閘原因為I母B相電流突然增大（二次電流0.04A增至6A）啟動I母差動，故障點為I母及I母的連接設(shè)備處故障，并認真排查I母PT B相絕緣破壞，導(dǎo)致跳閘的原因分析。

2. 現(xiàn)場檢查

經(jīng)過對330KV升壓站GIS組合電器，母聯(lián)PT保護柜，B相失靈啟動，變化量（B相突變6.15A）差動跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開關(guān)跳閘進行認真檢查，此電壓互感器型號為JDQX-330I，出廠日期為：2013年10月， 出廠編號為：3808110016的電壓互感器配電柜外觀無損壞，聯(lián)系設(shè)備廠家對電壓互感器進行解體檢查。從解體情況來看，有明顯的發(fā)電現(xiàn)象且盆式絕緣子放電最為明顯，布滿黑色放電痕跡。同時根據(jù)初步判斷有嚴重的間歇性放電及絕緣被擊穿的痕跡，進而導(dǎo)致短路接地。

根據(jù)對現(xiàn)場330kv母聯(lián)PT二次設(shè)備主保護和后備保護定置動作記錄的認真檢查分析，初步判斷故障為330kv I母線B相接地故障，后經(jīng)設(shè)備廠家技術(shù)人員的確認及儀器的測試，發(fā)現(xiàn)330kv母聯(lián)PT 電壓互感器SF6氣體成份分析儀（JH3000-2型SF6電氣設(shè)備）測量，發(fā)現(xiàn)Ⅰ母PT氣室SO2+SOF2含量為100.82ul/l遠超過標準，儀器判定超標，初步判定B相PT絕緣下降。

3. 故障原因分析

根據(jù)對330KV升壓站GIS組合電器母聯(lián)PTB相失靈啟動，變化量（B相突變6.15A）差動跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開關(guān)二次保護和一次設(shè)備解體情況以及現(xiàn)場投運情況的研究分析，此次放電原因是盆子上連接的高壓導(dǎo)體存在尖端毛刺等缺陷造成的。此設(shè)備在出廠試驗過程中，耐壓試驗時間短，問題不易暴露。但是產(chǎn)品現(xiàn)場投運后，尖端毛刺在高電壓長時間的作用下，產(chǎn)生微小的局部放電。放電的污染物掉落在盆子上，絕緣強度降低，然后引起二次貫穿性放電。致使高壓導(dǎo)體灼傷，盆子長期產(chǎn)生明顯放電痕跡。從對設(shè)備解體情況分析，此問題屬于設(shè)備廠家質(zhì)量過程控制問題。

4. 整改措施

根據(jù)對330KV升壓站GIS組合電器母聯(lián)PT ，B相失靈啟動，變化量（B相突變6.15A）差動跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開關(guān)二次保護和一次設(shè)備解體情況以及現(xiàn)場投運情況的研究分析，我們會同設(shè)備廠家，應(yīng)邀同類型電廠技術(shù)專家，共同制定科學(xué)合理的檢修維護方案，并對330KV升壓站GIS組合電器母聯(lián)PT電壓互感器 B相產(chǎn)品內(nèi)部整個線圈裝配全部進行了徹底更換，同時對放電的盆式絕緣子及高壓導(dǎo)體進行整體更換并清潔。在整套產(chǎn)品裝配期間，聘請西北監(jiān)理相關(guān)專家，安排本廠技術(shù)管理人員24小時全程監(jiān)督組裝，同時按照國家標準等相關(guān)規(guī)定，逐項進行了出廠試驗。將新產(chǎn)品于3月13日及時的運往現(xiàn)場，以最快的速度進行安裝、試驗、調(diào)試。確保機組后續(xù)工作的有序進行及安全平穩(wěn)運行。

在今后的設(shè)備的安全運行工作中，為了進一步預(yù)防此類事故的發(fā)生，我們嚴把質(zhì)量關(guān)，嚴格控制出廠及入廠在裝配作業(yè)的工作環(huán)境，保證產(chǎn)品的潔凈度及現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境；同時在關(guān)鍵零部件裝配之前安排專人監(jiān)督，并進行專人清理、專人檢查，避免不合格的零件帶入到裝配環(huán)節(jié)；在裝配過程當中，對每道工序、流程完成之后，再進行對產(chǎn)品潔凈度的專項檢查。執(zhí)行裝配檢查卡填寫工作，具有可追溯性；進一步加強員工培訓(xùn)，提高安全責任意識。

5. 結(jié)束語

從本次故障分析應(yīng)對設(shè)備制造商提出以下建議和措施。

（1）產(chǎn)品質(zhì)量欠佳，該電壓互感器材料質(zhì)量把關(guān)不嚴，雖然在交接試驗時試驗項目全部合格，但是在長期工況運行狀況下，該絕緣材料逐漸發(fā)生劣化，當有沖擊電壓施加時，導(dǎo)致絕緣被擊穿。

（2）電磁式電壓互感器容易引起鐵磁諧振過電壓，由于電磁式電壓互感器內(nèi)部的非線性電感與系統(tǒng)對地電容構(gòu)成LC震蕩回路，單電感與系統(tǒng)對地電容成一定比例的時候就會發(fā)生鐵磁諧振，中性點發(fā)生移位，相電壓發(fā)生變化，線電壓不變，從而引起單相過電壓。

（3）當電壓互感器鐵芯飽和，導(dǎo)致其勵磁電流大大增大，嚴重時能達到額定勵磁電流的幾百倍，從而引起電壓互感器的炸裂、燒毀。而這種情況情況下會產(chǎn)生3倍左右的過電壓，引起絕緣的閃絡(luò)、擊穿乃至保證。

（4）半絕緣電壓互感器在發(fā)生單相接地等異常情況時，需要承受很高的線電壓沖擊，這種情況下運行能超過2小時，長期運行可能造成絕緣擊穿或炸裂、爆炸等事故。

采用成熟穩(wěn)定的電力設(shè)備能大大提高電力系統(tǒng)供電的可靠性與電網(wǎng)的穩(wěn)定性，采用合理的消諧裝置能很大程度上消弱電力系統(tǒng)內(nèi)的諧振過電壓，對電力系統(tǒng)中運行的電力設(shè)備的保護起到至關(guān)重要的作用。通過這起330kV電壓互感器絕緣擊穿事故的原因分析，大大提高了運行人員對電壓互感器的事故判斷及處理能力。

參考文獻

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