導(dǎo)語(yǔ)：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(xiàn)，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(cè)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(jià)格適宜的優(yōu)點(diǎn)。

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(cè)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(guó)的還可以,如果達(dá)到20MPa以上需要訂作作過(guò)幾個(gè)60MPA液壓傳感器.

（來(lái)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(huì)理事，從事IC應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)策劃和客戶應(yīng)用技術(shù)支持。

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

MEMS壓力傳感器可以用類似集成電路(IC)設(shè)計(jì)技術(shù)和制造工藝，進(jìn)行高精度、低成本的大批量生產(chǎn)，從而為消費(fèi)電子和工業(yè)過(guò)程控制產(chǎn)品用低廉的成本大量使用MEMS傳感器打開(kāi)方便之門。使壓力控制變得簡(jiǎn)單易用和智能化。傳統(tǒng)的機(jī)械量壓力傳感器是基于金屬?gòu)椥泽w受力變形，由機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于MEMS壓力傳感器。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械量傳感器。MEMS壓力傳感器的尺寸更小，最大的不超過(guò)1cm，使性價(jià)比相對(duì)于傳統(tǒng)“機(jī)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(jī)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(cè)量電路的。具有較高的測(cè)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(wú)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(gè)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(cè)量電橋，作為力電變換測(cè)量電路，將壓力這個(gè)物理量直接變換成電量，其測(cè)量精度能達(dá)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(gè)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(dāng)外面的壓力經(jīng)引壓腔進(jìn)入傳感器應(yīng)力杯中，應(yīng)力硅薄膜會(huì)因受外力作用而微微向上鼓起，發(fā)生彈性變形，四個(gè)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(hào)。圖4是封裝如IC的硅壓阻式壓力傳感器實(shí)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(cè)系統(tǒng))、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管壓力傳感器(TMAP)、柴油機(jī)共軌壓力傳感器；消費(fèi)電子，如胎壓計(jì)、血壓計(jì)、櫥用秤、健康秤，洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電冰箱、微波爐、烤箱、吸塵器用壓力傳感器、洗衣機(jī)、飲水機(jī)、洗碗機(jī)、太陽(yáng)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(lái)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(gè)封裝內(nèi)(MCM)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)師很容易使用這個(gè)高度集成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)最終產(chǎn)品。

MEMS壓力傳感器Die的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售鏈

MEMS壓力傳感器Die的設(shè)計(jì)、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(jī)、濕法腐蝕臺(tái)和鍵合機(jī)三項(xiàng)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(jià)格不菲的標(biāo)準(zhǔn)壓力檢測(cè)設(shè)備。

對(duì)于MEMS壓力傳感器生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，開(kāi)拓汽車電子、消費(fèi)電子領(lǐng)域的銷售經(jīng)驗(yàn)和渠道是十分重要和急需的。特別是汽車電子對(duì)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(wàn)個(gè)。

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【關(guān)鍵詞】智能壓力傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳感元件位于整個(gè)傳感器系統(tǒng)之首，被監(jiān)測(cè)的壓力量需要通過(guò)傳感元件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)才能正確進(jìn)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(zhǔn)確運(yùn)行。通常為了更好的得到信息數(shù)據(jù)會(huì)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(gè)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(jìn)行固定，而膜片的兩邊有兩個(gè)壓力腔，一個(gè)是低壓腔，另一個(gè)是高壓腔。當(dāng)膜片的兩邊因?yàn)榇嬖诘膲毫Σ疃冃螘r(shí)，相應(yīng)的膜片上的各點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，從而使電阻阻值發(fā)生變化，也就會(huì)使電橋失去原有的平衡，輸出相應(yīng)的電壓，這個(gè)電壓也就反映了膜片上的壓力差值。同時(shí)，在進(jìn)行電阻的布置時(shí)也要根據(jù)電阻的特點(diǎn)進(jìn)行布置，從而使電橋形成全等臂差動(dòng)電橋，以提高整個(gè)壓力傳感系統(tǒng)的靈敏度。在智能壓力傳感器的設(shè)計(jì)中，微處理器是最核心的器件，因此在選擇的時(shí)候要選擇性價(jià)比高的、功能較為強(qiáng)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(jì)要點(diǎn)

1.正確進(jìn)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(dāng)引起的，如果將傳感器安裝在過(guò)小或不規(guī)則的孔中，就有可能會(huì)造成傳感器的震動(dòng)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(guò)程中的脫落。

2.注意誤差及溫度補(bǔ)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(lái)避免誤差時(shí)常采用半橋差動(dòng)或全橋差動(dòng)的電路，以進(jìn)一步縮小誤差，提高輸出的靈敏度。而同時(shí)全橋差動(dòng)的電路也有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，可以有效減小溫度對(duì)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(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對(duì)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(yùn)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(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此，要開(kāi)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(lái)越小了，但是傳感器控制儀器設(shè)備的體積卻沒(méi)有多大變化，只有將儀器的體積縮小，才能真正實(shí)現(xiàn)高效、廣泛利用，這就要求生產(chǎn)企業(yè)開(kāi)發(fā)使用新材料和新的生產(chǎn)加工技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的微型化，當(dāng)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(duì)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(cè)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(shì)看來(lái)應(yīng)用并不廣泛，所以，應(yīng)該進(jìn)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(jìn)智能壓力傳感器的應(yīng)用普及。

四、結(jié)語(yǔ)

智能壓力傳感器系統(tǒng)相比起普通壓力傳感器來(lái)說(shuō)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，也有很高的性價(jià)比。我國(guó)智能壓力傳感器的應(yīng)用和設(shè)計(jì)并不完善，需要投入更多的精力去進(jìn)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(dòng)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王泉.智能壓力傳感的研究與設(shè)計(jì)[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(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dú)是影響傳感器輸出精度的最主要因素。目前，國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩類方法對(duì)壓力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。硬件補(bǔ)償方法調(diào)試難度較高、精度低、通用性也較差，在實(shí)際工程中應(yīng)用時(shí)，難以去得較好的效果；而軟件補(bǔ)償方法有效彌補(bǔ)了硬件補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償在實(shí)際工程中運(yùn)用十分廣泛，但是典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法雖然精確度高，但是整個(gè)流程過(guò)于復(fù)雜、整個(gè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，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(bǔ)償方法，希望對(duì)提高補(bǔ)償效率和準(zhǔn)確性起到一定的作用。

1 典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)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(yǔ)單向傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個(gè)信息傳輸?shù)倪^(guò)程呈現(xiàn)出高度的非線性特點(diǎn)。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(jì)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(guò)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(jìn)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(duì)應(yīng)了輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)及隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)。

輸出層神經(jīng)元的激勵(lì)函數(shù)f1通常呈現(xiàn)出線性特點(diǎn)；而隱含層神經(jīng)元的激勵(lì)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(jìn)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(duì)數(shù)S型曲線，其輸出范圍在（0，1）之間。為了避免節(jié)點(diǎn)在短時(shí)間之內(nèi)飽和而無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行訓(xùn)練，需要在訓(xùn)練開(kāi)始之前利用下面公式對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：

，

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

當(dāng)目標(biāo)矢量為T，信息通過(guò)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(wú)法達(dá)到要求的誤差范圍，則返回誤差信號(hào)并按照一定的權(quán)值對(duì)公式中的各層權(quán)值進(jìn)行修正，直到輸出結(jié)果達(dá)到期望值。

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

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)原理

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

1）利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的思想對(duì)神經(jīng)元的激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，從而實(shí)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(lì)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(hào)中包含了復(fù)值和相關(guān)信息，改進(jìn)后的函數(shù)具體如下所示：

在本次研究中，我們選取了R個(gè)輸入樣本和N個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，則可以利用下面的公式對(duì)第l個(gè)樣本的第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入進(jìn)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(hào)。

2）在計(jì)算過(guò)程中通過(guò)，附加動(dòng)量法的應(yīng)用可以有效改實(shí)現(xiàn)梯度方向的平滑過(guò)渡，使得計(jì)算結(jié)果更具穩(wěn)定性。該方法以BP法為基礎(chǔ)對(duì)權(quán)值進(jìn)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(dòng)量因子；σΔωki（t）表示附加動(dòng)量項(xiàng)，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(shí)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(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

步驟2：利用主成分分析法對(duì)預(yù)處理后的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，降低輸入向量之間的影響，使各個(gè)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(diǎn)。

步驟3：對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化，并對(duì)其中的部分關(guān)鍵變量進(jìn)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(diǎn)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(jì)算網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)輸出能力，當(dāng)輸出誤差在允許范圍之內(nèi)時(shí)，停止訓(xùn)練；而當(dāng)輸出誤差超過(guò)允許范圍 ，則將誤差信息進(jìn)行反向傳播，使權(quán)值沿誤差函數(shù)的負(fù)梯度方向發(fā)生變化，然后利用梯度下降法計(jì)算出變化后的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后再重復(fù)進(jìn)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(duì)其進(jìn)行樣本補(bǔ)償。

步驟7：對(duì)補(bǔ)償后的樣本進(jìn)行反標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差比較，判斷出網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)之后的變化。

2.3 壓力傳感器溫度補(bǔ)償

根據(jù)前文提供的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)步驟，可以利用Matlab編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)該算法之后，我們通過(guò)在壓力傳感器量程范圍內(nèi)確定n個(gè)壓力標(biāo)定點(diǎn)，同時(shí)確定m個(gè)溫度標(biāo)定點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)值發(fā)生器會(huì)根據(jù)每個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的信息產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的標(biāo)定輸入值。然后輸入樣本數(shù)據(jù)，樣本數(shù)據(jù)按照目標(biāo)值要求的±20%范圍進(jìn)行選擇，然后以誤差目標(biāo)小于10-3進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)達(dá)到誤差目標(biāo)之后，網(wǎng)絡(luò)的收斂速度得到有效的提升。

3 結(jié)論

通過(guò)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用主成分分析法對(duì)信息進(jìn)行補(bǔ)償之后，再利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)這些信息進(jìn)行訓(xùn)練，其學(xué)習(xí)速度相對(duì)直接利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練更高。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用小波函數(shù)作為激勵(lì)函數(shù)，并應(yīng)用動(dòng)量附加發(fā)對(duì)網(wǎng)絡(luò)敏感性進(jìn)行控制，可以有效避免網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部極小問(wèn)題。通過(guò)基于主成分的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補(bǔ)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(wèn)題得到高效、精確的解決。

參考文獻(xiàn)

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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(hào)：S951.4+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(diǎn)，廣泛應(yīng)用在軍事、石油、化工、汽車等各個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)壓阻效應(yīng)將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量和自動(dòng)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(guò)硅酮類膠與管座連接，由于硅酮類膠的強(qiáng)度較弱，在測(cè)量負(fù)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(qiáng)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(shí)易出現(xiàn)膠結(jié)面分離、開(kāi)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(shí)，其封接界面不僅要有足夠抗拉伸強(qiáng)度、較好的密封性，保證傳感器的測(cè)壓功能，同時(shí)，還要有較小的封接應(yīng)力，減小封接對(duì)敏感芯片性能和穩(wěn)定性的影響。

開(kāi)展壓阻式壓力傳感器硬封接技術(shù)的研究，采用釬焊實(shí)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(fù)壓測(cè)量時(shí)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(wèn)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(fù)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(shí)，其封接界面不僅要有足夠抗拉伸強(qiáng)度、較好的密封性，保證傳感器的測(cè)壓功能，同時(shí)，還要有較小的封接應(yīng)力，減小封接對(duì)敏感芯片性能和穩(wěn)定性的影響。采用釬焊固片的方式實(shí)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(shí)，由于連接強(qiáng)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(huì)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(duì)芯片性能的影響，也為了避免釬焊過(guò)程時(shí)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(qiáng)度，采用了在敏感芯片與管座之間增加釬焊轉(zhuǎn)接件進(jìn)行過(guò)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(wèn)題，又可以保證不銹鋼密封界面的氣密性和耐壓強(qiáng)度，轉(zhuǎn)接件的材料使用可伐合金。為了增加釬焊時(shí)的浸潤(rùn)性和可焊性，可以在轉(zhuǎn)接件的釬焊表面制備鍍金過(guò)渡層。

由于芯片釬焊面積小，在芯片釬焊固片時(shí)，若固片位置發(fā)生較大偏差，將影響釬焊的強(qiáng)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(shí)，各部分之間的間隙很小，若芯片的位置偏移較大，會(huì)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(xiàng)目中采取了敏感芯片釬焊定位的技術(shù)途徑解決這一問(wèn)題。

為此，在釬焊轉(zhuǎn)接件上設(shè)計(jì)加工帶孔的定位凸臺(tái)，該凸臺(tái)與敏感芯片導(dǎo)壓孔相配合，從而達(dá)到芯片在轉(zhuǎn)接件上準(zhǔn)確定位的目的。在芯片的中心通氣孔處設(shè)計(jì)此凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，能有效的防治釬焊焊料熔化時(shí)流淌進(jìn)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(guò)渡層

為了增加釬料與玻璃表面的濕潤(rùn)和向玻璃表層的擴(kuò)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(shí)過(guò)大的熱應(yīng)力失配，要實(shí)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(qiáng)、熱失配小、可焊性好、焊后耐壓能力強(qiáng)和氣密性高的釬焊層，單層過(guò)渡不能同時(shí)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(wèn)題，具體為在玻璃襯底上先蒸發(fā)第一層過(guò)渡層（鉻Cr），再蒸發(fā)第二層過(guò)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(shí)現(xiàn)玻璃與金屬之間的釬焊，隔離釬焊時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使敏感芯片牢固的固定在基座上，來(lái)確保鍍覆層能夠滿足氣密性與耐壓強(qiáng)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(diǎn)，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(duì)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(shí)的工藝性，合理選擇釬焊焊料，盡量減少釬焊加熱過(guò)程中對(duì)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(shí)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(shí)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(huì)揮發(fā)干凈，不會(huì)再釬焊層表面或內(nèi)部產(chǎn)生殘留物，不會(huì)將有機(jī)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(yǔ)

針對(duì)壓阻式負(fù)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(guò)渡層的多層蒸發(fā)和鍍覆、低應(yīng)力釬焊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)行剛性密封連接，有效解決了使用硅酮類膠進(jìn)行傳統(tǒng)軟連接的壓阻式壓力傳感器在測(cè)量負(fù)壓時(shí)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(shì)，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(jī)械劣化的諸多局限性，從而提高了壓阻式壓力傳感器負(fù)壓測(cè)量時(shí)的可靠性和性能的穩(wěn)定性，徹底避免了負(fù)壓測(cè)量時(shí)內(nèi)部傳壓液體泄漏故障的發(fā)生。

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關(guān)鍵詞：汽車 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 進(jìn)氣歧管壓力傳感器 設(shè)計(jì) 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(jì)算機(jī)能夠理解的電信號(hào)，是一些控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。進(jìn)氣歧管壓力傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中具有十分重要的作用，它能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力的變化，并將此變化轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，進(jìn)而作為確定噴油器基本噴油量的依據(jù)，如果進(jìn)氣歧管壓力傳感器有故障，就會(huì)在不同程度上為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，加速造成影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能受到嚴(yán)重的影響。因此在設(shè)計(jì)中必須要加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的探討，進(jìn)而保證進(jìn)氣歧管壓力傳感器的質(zhì)量。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的功能

發(fā)動(dòng)機(jī)壓阻式進(jìn)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，它能夠根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)實(shí)時(shí)地測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化，并且能夠?qū)⑦@個(gè)變化經(jīng)過(guò)集成電路輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，然后發(fā)動(dòng)機(jī)就可以根據(jù)收到的信號(hào)確定噴油器的配油量，進(jìn)而在最大程度上發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

二、壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)

傳感器主要有一個(gè)密封良好的彈性膜片和一個(gè)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(shí)還有四個(gè)以單臂電橋方式連接的應(yīng)變電阻，同時(shí)硅膜片的一面導(dǎo)入進(jìn)氣歧管壓力，而另一面是真空室。

三、壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的工作原理

當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，進(jìn)氣歧管內(nèi)的一部分空氣就會(huì)通過(guò)壓力傳感器的進(jìn)氣口作用在硅膜片上，同時(shí)由于硅膜片的一側(cè)是真空室，所以硅膜片就會(huì)受到壓力而變形，與此同時(shí)通過(guò)電橋方式與硅膜片連接的應(yīng)變電阻的電阻值就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而電橋輸出電壓隨之變化。也就是當(dāng)進(jìn)氣流量增大時(shí)，進(jìn)氣壓力就會(huì)增大，這時(shí)硅膜片的形變量就會(huì)增大，進(jìn)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(guò)有關(guān)集成電路的適當(dāng)比例放大之后，壓阻式歧管壓力傳感器輸入發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中電子控制單元的信號(hào)電壓就會(huì)升高。

四、壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器加工技術(shù)關(guān)鍵

1.壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的封裝工藝

壓阻式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的封裝工藝過(guò)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(shí)驗(yàn)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(duì)基板進(jìn)行鍵合，也就是在芯片與基板加工時(shí)都制備了特定的焊接盤，然后通過(guò)金屬引線、載帶，合金焊料或者是有機(jī)導(dǎo)電聚合物制作的焊凸對(duì)芯片與基板進(jìn)行面對(duì)面鍵合。采用這種技術(shù)鍵合時(shí)，鍵合引線比較短，同時(shí)焊接處直接與其他基板焊接，這樣引線電感比較小，進(jìn)而傳感器傳輸延時(shí)比較短，是互連中延時(shí)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(jìn)行鍵合的方法。

2.壓阻式進(jìn)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(jìn)氣歧管壓力傳感器中芯片綁定的過(guò)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(jìn)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(duì)PCB上存在油污或者氧化層的地方進(jìn)行清理，只有清理干凈之后才能進(jìn)入下一個(gè)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(guò)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(jìn)氣歧管壓力傳感器的整體測(cè)試技術(shù)

如果進(jìn)氣歧管處的真空發(fā)生泄漏會(huì)使進(jìn)氣歧管壓力傳感器不能獲取正確的真空信號(hào)，如果真空軟管泄漏或脫落，或者進(jìn)氣歧管壓力傳感器軟管接頭與炭罐接頭錯(cuò)接，都會(huì)在很大程度上給壓阻式歧管壓力傳感器帶來(lái)故障，因此在使用之前必須要對(duì)壓阻式歧管壓力傳感器進(jìn)行整體測(cè)試。首先就是進(jìn)氣歧管壓力傳感器電源電壓的檢測(cè)，具體方法為拔下進(jìn)氣歧管壓力傳感器的線束插頭，然后打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，但是不要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，然后檢查進(jìn)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(jìn)氣歧管壓力傳感器輸出電壓的檢測(cè)，將真空軟管拆下，使傳感器直接與大氣相通，然后打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，同樣不要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，接著向傳感器內(nèi)施加真空，測(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(yǔ)

進(jìn)氣歧管傳感器將進(jìn)氣壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，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(wèn)題會(huì)在使用中出現(xiàn)故障，進(jìn)而給發(fā)動(dòng)機(jī)的正常性能的發(fā)揮帶來(lái)很大的影響，因此必須要提高壓力傳感器的加工技術(shù)，進(jìn)而提高壓力傳感器的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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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(guò)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(shí)一樣，駕駛員只需操縱油門踏板，就能改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，適應(yīng)汽車行駛性能的要求。

2、當(dāng)燃料轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥到LPG位置時(shí)，汽油電磁閥斷電(切斷汽油供給)，LPG電磁閥通電。LPG液體從儲(chǔ)氣罐出來(lái)，經(jīng)過(guò)LPG電磁閥到達(dá)蒸發(fā)調(diào)壓器，經(jīng)過(guò)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(dòng)機(jī)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。

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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(jī)和液壓油泵提供動(dòng)力的重型車輛[1]，控制對(duì)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(dòng)行走、轉(zhuǎn)向和升降等三種功能的傳感器，按輸出信號(hào)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(dòng)控制方案中的應(yīng)用，包括升降平臺(tái)的自動(dòng)稱重[3]和升降比例閥電信號(hào)調(diào)節(jié)等方面。

1 平臺(tái)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(gè)承重點(diǎn)，根據(jù)平板車的軸線不同，各個(gè)承重點(diǎn)內(nèi)包含的液壓油缸的個(gè)數(shù)也有所差別，平臺(tái)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(gè)承重點(diǎn)的油路上，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)油路的壓力，稱重過(guò)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(cè)量到的液壓油缸內(nèi)部的壓力轉(zhuǎn)變成容易測(cè)量的電流信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)A＼D轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)做進(jìn)一步處理，由PLC多次采集壓力傳感器的信號(hào)，通過(guò)PLC控制單元的計(jì)算，最后將電流值對(duì)應(yīng)成可供參考的壓力數(shù)據(jù)。

本設(shè)計(jì)中選用的壓力傳感器的輸出信號(hào)為4-20mA，對(duì)應(yīng)壓力值為0-60Mpa，該傳感器輸出信號(hào)的線性度良好，所以在程序計(jì)算中可將電流值和壓力值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)來(lái)得到當(dāng)前被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力值。

1.2 稱重系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

平臺(tái)稱重系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的難點(diǎn)在于平板車是一種可以自由升降的載重平臺(tái)，升降平臺(tái)靠懸掛機(jī)構(gòu)支撐，如圖2所示，支撐機(jī)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(dān)著本輪軸的全部負(fù)載，平臺(tái)升降也是靠該液壓油缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

假設(shè)平臺(tái)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(tái)的載重會(huì)是一個(gè)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即存在一個(gè)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(tái)是必須要具備升降功能的，并且在升降過(guò)程中，懸掛油缸2做不規(guī)則的伸縮和轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，這樣以來(lái)就導(dǎo)致油缸的有效受力面積實(shí)時(shí)發(fā)生變化，所以當(dāng)平臺(tái)載重不變時(shí)，油缸在伸縮過(guò)程中會(huì)伴隨油缸壓力的變化。也就是說(shuō)，壓力值和平臺(tái)載重值之間的關(guān)系K值會(huì)隨著平臺(tái)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(tái)的載重量必須要對(duì)K值進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

懸掛油缸的行程一般情況下是0-300mm，為了統(tǒng)一起見(jiàn)，在此將油缸的行程標(biāo)定為0-100的變化區(qū)間。理論上講，K值實(shí)時(shí)修正就能得到平臺(tái)的實(shí)際載重量，但是工程實(shí)際中要做到實(shí)時(shí)修正很難，并且也沒(méi)太大的實(shí)際意義，實(shí)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(gè)區(qū)間分為0、25、50、75和100等5個(gè)插值點(diǎn)來(lái)計(jì)算K值，然后在點(diǎn)與點(diǎn)之間可以進(jìn)行線性對(duì)應(yīng)得到任意高度的K值。以承載重量為32T的懸掛機(jī)構(gòu)為例，可得到如下表1所示的K值對(duì)照表。為了便于計(jì)算，表中將K值擴(kuò)大了1000倍。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合PLC的快速程序運(yùn)算能力，通過(guò)上述方法測(cè)量計(jì)算的載重值與實(shí)際重量相對(duì)比，誤差在±1.25%之內(nèi)，滿足了平板車客戶對(duì)稱重系統(tǒng)的要求。在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中，對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)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(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降，電氣系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)升降的調(diào)節(jié)有單點(diǎn)和整體兩種控制功能，單點(diǎn)升降包括ABCD四點(diǎn)獨(dú)立和平臺(tái)的單邊獨(dú)立動(dòng)作等功能，整體升降就是指平臺(tái)ABCD四點(diǎn)同時(shí)、同步、平穩(wěn)動(dòng)作。單點(diǎn)升降的速度和平穩(wěn)性靠操作者人為來(lái)控制，電氣控制系統(tǒng)不進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，而整體升降主要是靠控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)保證平臺(tái)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(hào)的調(diào)節(jié)作用。

實(shí)際運(yùn)輸過(guò)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(dòng)調(diào)平帶來(lái)了很大麻煩。在平臺(tái)整體上升和下降的過(guò)程中，載重量對(duì)平臺(tái)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(jìn)行分析說(shuō)明，上升功能的調(diào)節(jié)類同。

2.2 對(duì)比例閥整降信號(hào)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

由于平臺(tái)整體下降是靠重力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以很顯然如果升降比例閥的開(kāi)口度固定不變，那么平臺(tái)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(tái)整體下降的速度出現(xiàn)很大差異，所以在自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程中引入了承載點(diǎn)壓力信號(hào)對(duì)比例閥整降信號(hào)的限制作用，為了便于說(shuō)明起見(jiàn)也用K值來(lái)表示該限制作用的大小。程序設(shè)計(jì)中，采集的是各個(gè)承載點(diǎn)的實(shí)時(shí)壓力信號(hào)，壓力值越大對(duì)比例閥信號(hào)的限制程度越明顯，即K值越小。

平板車在滿載情況下，四個(gè)承載點(diǎn)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(gè)工作壓力插值點(diǎn)，結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，可以給出如表2所示的K值對(duì)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(duì)應(yīng)的K值需要根據(jù)實(shí)際車輛的具體情況進(jìn)行在線調(diào)整，直到適合被測(cè)對(duì)象為止。

平板車整體升降自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)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(duì)升降比例閥的控制能力，很好的解決了平板車升降平臺(tái)載重量不確定、不均勻和偏載等方面的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

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(guò)對(duì)壓力信號(hào)的分析，將對(duì)液壓元件的控制提高到了一個(gè)新的臺(tái)階，更便于電氣控制和液壓控制的有機(jī)結(jié)合。

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

參考文獻(xiàn)：

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篇9

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

目前，高壓隔離開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱問(wèn)題會(huì)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(yùn)行結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有的高壓隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱問(wèn)題的分析、統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隔離開(kāi)關(guān)觸指發(fā)熱占到全部發(fā)熱問(wèn)題的80%以上，而隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)觸指發(fā)熱缺陷的60%以上，因此，減少高壓隔離開(kāi)關(guān)發(fā)熱的關(guān)鍵是保證隔離開(kāi)關(guān)觸指的壓力。目前有幾種離線方式檢測(cè)：通過(guò)測(cè)試刀閘回路的接觸電阻來(lái)判斷接觸部位的接觸情況，粗略地判斷隔離開(kāi)關(guān)觸指的壓力是否合格；通過(guò)模擬觸指，設(shè)計(jì)模具，通過(guò)壓力傳感器的數(shù)據(jù)采樣判斷隔離開(kāi)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(wú)法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dòng)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(kāi)關(guān)觸指壓力不符合技術(shù)條件”的檢測(cè)要求，增加隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)手段，填補(bǔ)工作中無(wú)法測(cè)量觸指壓力的盲點(diǎn)，迫切需要隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 高壓隔離開(kāi)關(guān)

高壓隔離開(kāi)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(jī)構(gòu)可分為手動(dòng)式，電動(dòng)式和液壓式。按絕緣支柱數(shù)目可分為單柱式隔離開(kāi)關(guān)、雙柱式隔離開(kāi)關(guān)和三柱式隔離開(kāi)關(guān)，其中單柱式隔離開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，有體積小、接引導(dǎo)線少的優(yōu)點(diǎn)，在需要節(jié)約空間的工況中使用有較大優(yōu)勢(shì)。隔離開(kāi)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(wú)負(fù)荷下分、合電路，以達(dá)到停電檢修和轉(zhuǎn)換電路的目的。

1.1 單柱式隔離開(kāi)關(guān)

單柱式隔離開(kāi)關(guān)是只有一個(gè)絕緣支柱的隔離開(kāi)關(guān)。它由絕緣支柱、折疊活動(dòng)臂（動(dòng)觸頭）和靜觸頭三部分組成。如圖1所示：按折疊活動(dòng)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(dòng)。其中絕緣支柱用來(lái)支持和操作上部導(dǎo)電桿和折疊活動(dòng)臂。通常由兩個(gè)支柱絕緣子組成，一個(gè)是固定的大直徑、高強(qiáng)度支柱絕緣子，起支持導(dǎo)電、絕緣支柱單柱式隔離開(kāi)關(guān)部分的作用；另一個(gè)是活動(dòng)的小直徑、普通強(qiáng)度的支柱絕緣子，能水平旋轉(zhuǎn)，用以操作活動(dòng)，完成斷開(kāi)和閉合的動(dòng)作。折疊活動(dòng)臂隔離開(kāi)關(guān)的導(dǎo)電部分，又稱動(dòng)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(kāi)和閉合的動(dòng)作。

活動(dòng)臂有兩種結(jié)構(gòu)：（1）單側(cè)折疊活動(dòng)臂，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱半剪刀式。（2）雙側(cè)折疊活動(dòng)臂，對(duì)稱結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱剪刀式。折疊活動(dòng)臂是隔離開(kāi)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(dòng)、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(kāi)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(dòng)臂具有足夠的長(zhǎng)度，使隔離開(kāi)關(guān)在風(fēng)偏時(shí)能可靠的夾住靜觸頭。由于結(jié)構(gòu)不同，半剪式隔離開(kāi)關(guān)的靜觸頭垂直母線安裝，剪刀式隔離開(kāi)關(guān)的靜觸頭平行母線安裝。

單柱式隔離開(kāi)關(guān)的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：（1）它是垂直開(kāi)啟的方式，通常用作母線隔離開(kāi)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(dòng)臂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，隔離開(kāi)關(guān)的價(jià)格交規(guī)，通常只在電壓等級(jí)較高的配電裝置中采用，在我國(guó)已形成220～500kV單柱式隔離開(kāi)關(guān)的系列產(chǎn)品。（3）剪刀式隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)鉗夾范圍小，與固定不動(dòng)的硬母線（支持式）配合有利。

圖1 單柱式隔離開(kāi)關(guān)圖

1.2 雙柱式隔離開(kāi)關(guān)

雙柱式隔離開(kāi)關(guān)圖2所示，由兩個(gè)垂直布列的絕緣支柱組成的隔離開(kāi)關(guān)。每極有兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的觸頭，分別安裝在單獨(dú)的瓷柱上，且在兩個(gè)支柱之間接觸，其斷口方向與底座平面平行的隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)是由兩根絕緣支柱同時(shí)起支撐和傳動(dòng)作用，為確保隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)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(jī)械聯(lián)鎖裝置，以保證“主分-地合”、“地分―主合”的順序動(dòng)作。此種結(jié)構(gòu)的支柱既起支撐作用又起傳動(dòng)作用，所以雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)具有活動(dòng)關(guān)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作力較小的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，帶電的導(dǎo)電活動(dòng)也跟著旋轉(zhuǎn)90°，增加了隔離開(kāi)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(kāi)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(shí)只有旋轉(zhuǎn)絕緣支柱的簡(jiǎn)單動(dòng)作，且僅有一個(gè)斷開(kāi)點(diǎn)，運(yùn)行安全可靠，具有其它型式隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 雙柱式隔離開(kāi)關(guān)圖

1.3 三柱式隔離開(kāi)關(guān)

三柱式隔離開(kāi)關(guān)由三個(gè)垂直布置的絕緣支柱及其它部件組成的隔離開(kāi)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(gè)邊側(cè)支柱固定不動(dòng)，其頂部均安裝靜觸頭。合閘時(shí)，水平導(dǎo)電臂部分兩端的靜觸頭；分閘時(shí)中間支柱帶動(dòng)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(gè)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(kāi)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(shí)操作兩個(gè)水平活動(dòng)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(kāi)關(guān)時(shí)，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(kāi)關(guān)用作出線或進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)。在500kV配電裝置中，由于它的縱向尺寸太大，水平活動(dòng)臂太長(zhǎng)，操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，故一般都不采用。

圖3 三柱式隔離開(kāi)關(guān)圖

1.4 高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的傳統(tǒng)檢測(cè)方法

（1）彈簧秤拉伸法。由于高壓隔離開(kāi)關(guān)的觸指壓力是由隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)、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(kāi)關(guān)靜觸頭端，其位置在隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭之間的接觸點(diǎn)上，再用力拉伸彈簧秤直至隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭之間剛剛開(kāi)始出現(xiàn)縫隙時(shí)，讀取彈簧秤的讀數(shù)即為隔離開(kāi)關(guān)的觸指壓力。（2）人工經(jīng)驗(yàn)法。人工經(jīng)驗(yàn)法是一種最簡(jiǎn)單、最直接的用于檢測(cè)高壓隔離開(kāi)關(guān)的觸指壓力的方法，依靠檢修人員的經(jīng)驗(yàn)，比如數(shù)加力手柄搖動(dòng)的圈數(shù)或用雙手拉動(dòng)剪力式開(kāi)關(guān)的兩臂來(lái)估計(jì)接觸壓力的大小。（3）模擬隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭法。模擬隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭器件，將傳感元件安裝在模擬的隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭上，在不通電的情況下將模擬動(dòng)觸頭插入隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭實(shí)際合閘位置，這樣對(duì)隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力進(jìn)行測(cè)量。

1.5 高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力檢測(cè)的研究現(xiàn)狀

在各類檢修規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)中都有測(cè)量觸指接觸壓力的規(guī)定，將彈簧秤作為推薦的測(cè)量工具，而在實(shí)際工作中，測(cè)量觸指壓力要在高空，用彈簧秤檢測(cè)觸指壓力不但不方便、不準(zhǔn)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(cè)量。模擬隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭法都是在不通電的情況下將模擬動(dòng)觸頭插入隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭實(shí)際合閘位置，這樣對(duì)隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量方法必須要在斷電的時(shí)候進(jìn)行測(cè)量，而且測(cè)量的并不是真正的動(dòng)觸頭合閘時(shí)所產(chǎn)生的觸指壓力，不能實(shí)現(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的實(shí)時(shí)在線安全監(jiān)測(cè)，不能及時(shí)的反映隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的變化，不能精確的判斷動(dòng)觸頭合閘時(shí)的安全合閘位置。因此有必要對(duì)實(shí)現(xiàn)高壓隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究。

2 基于光柵傳感器和無(wú)線傳輸?shù)母邏焊綦x開(kāi)關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于光柵傳感器和無(wú)線傳輸?shù)母邏焊綦x開(kāi)關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隔離開(kāi)關(guān)的觸指壓力，可以及時(shí)分析出現(xiàn)場(chǎng)隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行情況，減少由于觸指壓力不足導(dǎo)致的接觸不良進(jìn)而引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象，可以減少停電次數(shù)，提高國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)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)懭牍鈻牛梅瓷浠蛲干洳祭窆鈻欧逯挡ㄩL(zhǎng)移動(dòng)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值的絕對(duì)測(cè)量。光纖光柵傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、無(wú)零漂、易于安裝、復(fù)用性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用在橋梁、堤壩的安全監(jiān)測(cè)，油庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)、高層建筑、礦井和隧道的火災(zāi)防護(hù)、電力等多個(gè)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(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，主要通過(guò)獲得在盈利作用下，光柵反射的中心波長(zhǎng)的漂移而間接的得到。大量實(shí)驗(yàn)表明，在恒溫條件下，光纖光柵均勻軸向應(yīng)變引起波長(zhǎng)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(duì)波長(zhǎng)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(duì)波長(zhǎng)移位應(yīng)變靈敏度系數(shù)sε=0.784。如果取波長(zhǎng)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(zhǎng)移位為1.208pm/με.由（2）式知光柵的應(yīng)變與波長(zhǎng)的變化之間的關(guān)系式為： （4）

即通過(guò)光柵中心波長(zhǎng)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(kāi)關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測(cè)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(wú)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(dāng)隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸時(shí)，光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實(shí)時(shí)采集到應(yīng)變量值，并通過(guò)光纖將數(shù)據(jù)傳到光纖解調(diào)和無(wú)線傳輸部分。光纖光柵應(yīng)變傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，用膠接方式將傳感器固定在結(jié)構(gòu)物表面，安裝十分簡(jiǎn)單。同時(shí)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(jī)械疲勞，能消除電回聲探測(cè)和電火花危險(xiǎn)，不受電磁干擾。

2.3.2 觸指壓力光纖解調(diào)和無(wú)線傳輸端

隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力是由隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行合閘操作后隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)、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(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)以無(wú)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(jì)，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(wú)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(shí)充分探討磁鐵的安裝位置和電源出線方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(biāo)介紹

（1）光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標(biāo)表1所示。

表1 光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)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(zhǎng)（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(wú)線傳輸端主要技術(shù)指標(biāo)表2所示。

表2 觸指壓力光纖解調(diào)和無(wú)線傳輸端主要技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目

參數(shù)值

光通道數(shù)

1/4/8/16/24

每通道最大測(cè)點(diǎn)數(shù)

50，推薦測(cè)點(diǎn)數(shù)：25

同步采樣頻率

5HZ

波長(zhǎng)測(cè)量范圍

1525nm～1565nm （1510nm～1590nm可定制）

波長(zhǎng)分辨率

0.1pm

波長(zhǎng)精度

±1pm

應(yīng)變測(cè)量精度

±2με

應(yīng)變分辨率

0.1με（典型值）

無(wú)線傳輸距離

≥100m（無(wú)阻擋）

（3）觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標(biāo)表3所示。

表3 觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)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(diǎn)100萬(wàn)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(duì)比度

400：1

擴(kuò)展選配功能

WIFI、GPS、GPRS、藍(lán)牙、Watchdog

3 結(jié)語(yǔ)

隔離開(kāi)關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣泛的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。戶外隔離開(kāi)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(huì)因發(fā)熱而退化使壓力降低，這樣導(dǎo)致觸點(diǎn)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(shí)往往對(duì)那些壓力降低的彈簧無(wú)法判斷與更換，這樣在再次運(yùn)行中，每個(gè)觸指電流的分布會(huì)因壓力不同而不同，差別越大電流分布越不均勻，長(zhǎng)期運(yùn)行后就會(huì)發(fā)生接觸不良而過(guò)熱。觸指的發(fā)熱會(huì)惡性循環(huán)，一個(gè)觸指接觸不好就會(huì)蔓延整個(gè)觸頭接觸不良。光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓隔離開(kāi)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(guò)多方的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，光纖光柵應(yīng)變傳感器的測(cè)量結(jié)果是真實(shí)有效的。因此隔離開(kāi)關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在一定程度上降低了事故跳閘率，提高了電網(wǎng)運(yùn)行效率，保障了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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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(shí)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(hù) I母差動(dòng)動(dòng)作，造成沮黃I線失電，沮黃I線斷路器開(kāi)關(guān)跳閘，I母電壓互感器（PT）開(kāi)關(guān)跳閘，330KV母聯(lián)PT ，B相絕緣故障，母聯(lián)PT保護(hù)柜，B相失靈啟動(dòng)，變化量（B相突變6.15A）母聯(lián)開(kāi)關(guān)3300、0#啟備變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)3303跳閘，經(jīng)運(yùn)行人員及時(shí)查看并研究跳閘分析報(bào)告、NCS報(bào)文、故障錄波、局放檢測(cè)站等分析報(bào)告，就地查看各個(gè)開(kāi)關(guān)外表是否有無(wú)明顯放電絕緣擊穿跡象。確認(rèn)I母電壓互感器（PT）電氣二次保護(hù)設(shè)備跳閘原因?yàn)镮母B相電流突然增大（二次電流0.04A增至6A）啟動(dòng)I母差動(dòng)，故障點(diǎn)為I母及I母的連接設(shè)備處故障，并認(rèn)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(chǎng)檢查

經(jīng)過(guò)對(duì)330KV升壓站GIS組合電器，母聯(lián)PT保護(hù)柜，B相失靈啟動(dòng)，變化量（B相突變6.15A）差動(dòng)跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘進(jìn)行認(rèn)真檢查，此電壓互感器型號(hào)為JDQX-330I，出廠日期為：2013年10月， 出廠編號(hào)為：3808110016的電壓互感器配電柜外觀無(wú)損壞，聯(lián)系設(shè)備廠家對(duì)電壓互感器進(jìn)行解體檢查。從解體情況來(lái)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(shí)根據(jù)初步判斷有嚴(yán)重的間歇性放電及絕緣被擊穿的痕跡，進(jìn)而導(dǎo)致短路接地。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)330kv母聯(lián)PT二次設(shè)備主保護(hù)和后備保護(hù)定置動(dòng)作記錄的認(rèn)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(rèn)及儀器的測(cè)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(cè)量，發(fā)現(xiàn)Ⅰ母PT氣室SO2+SOF2含量為100.82ul/l遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，儀器判定超標(biāo)，初步判定B相PT絕緣下降。

3. 故障原因分析

根據(jù)對(duì)330KV升壓站GIS組合電器母聯(lián)PTB相失靈啟動(dòng)，變化量（B相突變6.15A）差動(dòng)跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)二次保護(hù)和一次設(shè)備解體情況以及現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)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(yàn)過(guò)程中，耐壓試驗(yàn)時(shí)間短，問(wèn)題不易暴露。但是產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)后，尖端毛刺在高電壓長(zhǎng)時(shí)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(qiáng)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(zhǎng)期產(chǎn)生明顯放電痕跡。從對(duì)設(shè)備解體情況分析，此問(wèn)題屬于設(shè)備廠家質(zhì)量過(guò)程控制問(wèn)題。

4. 整改措施

根據(jù)對(duì)330KV升壓站GIS組合電器母聯(lián)PT ，B相失靈啟動(dòng)，變化量（B相突變6.15A）差動(dòng)跳I母，造成沮黃I線、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、0#啟備變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)二次保護(hù)和一次設(shè)備解體情況以及現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)情況的研究分析，我們會(huì)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(hù)方案，并對(duì)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(gè)線圈裝配全部進(jìn)行了徹底更換，同時(shí)對(duì)放電的盆式絕緣子及高壓導(dǎo)體進(jìn)行整體更換并清潔。在整套產(chǎn)品裝配期間，聘請(qǐng)西北監(jiān)理相關(guān)專家，安排本廠技術(shù)管理人員24小時(shí)全程監(jiān)督組裝，同時(shí)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)規(guī)定，逐項(xiàng)進(jìn)行了出廠試驗(yàn)。將新產(chǎn)品于3月13日及時(shí)的運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)，以最快的速度進(jìn)行安裝、試驗(yàn)、調(diào)試。確保機(jī)組后續(xù)工作的有序進(jìn)行及安全平穩(wěn)運(yùn)行。

在今后的設(shè)備的安全運(yùn)行工作中，為了進(jìn)一步預(yù)防此類事故的發(fā)生，我們嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)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(chǎng)作業(yè)環(huán)境；同時(shí)在關(guān)鍵零部件裝配之前安排專人監(jiān)督，并進(jìn)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(guò)程當(dāng)中，對(duì)每道工序、流程完成之后，再進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品潔凈度的專項(xiàng)檢查。執(zhí)行裝配檢查卡填寫工作，具有可追溯性；進(jìn)一步加強(qiáng)員工培訓(xùn)，提高安全責(zé)任意識(shí)。

5. 結(jié)束語(yǔ)

從本次故障分析應(yīng)對(duì)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(yán)，雖然在交接試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)項(xiàng)目全部合格，但是在長(zhǎng)期工況運(yùn)行狀況下，該絕緣材料逐漸發(fā)生劣化，當(dāng)有沖擊電壓施加時(shí)，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(guò)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(duì)地電容構(gòu)成LC震蕩回路，單電感與系統(tǒng)對(duì)地電容成一定比例的時(shí)候就會(huì)發(fā)生鐵磁諧振，中性點(diǎn)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(guò)電壓。

（3）當(dāng)電壓互感器鐵芯飽和，導(dǎo)致其勵(lì)磁電流大大增大，嚴(yán)重時(shí)能達(dá)到額定勵(lì)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(huì)產(chǎn)生3倍左右的過(guò)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(shí)，需要承受很高的線電壓沖擊，這種情況下運(yùn)行能超過(guò)2小時(shí)，長(zhǎng)期運(yùn)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(guò)電壓，對(duì)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的電力設(shè)備的保護(hù)起到至關(guān)重要的作用。通過(guò)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(yùn)行人員對(duì)電壓互感器的事故判斷及處理能力。

參考文獻(xiàn)

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