液压阻尼器与压力传感器相结合应用分析

尤殿良

丹佛斯天津有限公司， 天津 301700

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，本文就丹佛斯MBS3000压力传感器在工业及工程机械领域的应用进行说明分析。

1压力传感器种类

根据压力传感器工作原理的不同，压力传感器可以分为压电式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、电磁式压力传感器及电感式压力传感器。

丹佛斯MBS3000 系列压力传感器基于压阻效用，采用的是压阻原理，其压力敏感元件由半导体原材料制成，其内部引入惠斯通电桥，平时敏感元件在不受外力作用时，电桥处于平衡状态（成为零位），当传感器芯片受到压力作用后，电桥失去平衡，电桥间的电阻发生变化，当给电桥加上恒定的电压后，电桥将输出与压力相对应的电压信号，这样传感器的电阻变化就转化成了电压信号输出。电桥检测出的电阻值变化，经过放大后，再经过电压电流的装换，变成了相应的电流信号输出，该电流信号再通过非线性矫正环路的补偿，既产生了与输入电压成线性关系的4-20mA的标准输出信号。

为了减小温度变化对敏感元件输出电阻的变化的影响，提高测量精度，压力传感器一般都采用温度补偿测试，以使其零点漂移、线性度、灵敏度、稳定性技术指标保持在较高水平。

MBS3000系列压力传感器根据压力测量基准的不同，分为表压压力传感器，绝压压力传感器和seal gauge 压力传感器。 三种类型的传感器测压基准请参照图1.1：

• P_abs ：代表压力测量基准为绝对真空，该类型传感器适用于需要测量大气压力一下的场合，例如工程机械中的泵吸油口处。

• P_gauge 代表压力测量基准为传感器使用场合当地大气压，压力传感器可以自动匹配使用地的大气压。

• P_sealed 代表压力测量基准为一标准大气压，即1013mbar。

图1.1

2压力传感器结构

压力传感器一般来说由敏感元件、转换元件、信号调节电路和其他辅助部件所组成，如下图所指示，敏感元件是指压力传感器中能直接感受或者相应被测量变化的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受到的或者响应出的信息转换成适于传输和测量的电信号的部分。信号调节电路是能把转化元件输出的电信号转换为便于记录、处理和控制的有用信号的电路，辅助元件一般指用于安装附件，如压力连接头，电气连接头，电气屏蔽过滤附件等。

同样丹佛斯MBS3000系列传感器基本上也由该三部分组成，

3工程应用场景常见失效原因

在实际的工程应用的场景中，由于所处实际系统的多样性，压力传感器所处环境也较为复杂，但无论是用于检测系统的局部或者整体的静态压力和动态压力，压力传感器均会面临复杂的压力变化，经过分析调查，压力传感器有一部分失效是由于所检测系统流体的压力骤变或者瞬间压力峰值导致敏感元件损坏导致压力传感器失效，压力的骤变主要下面两方面原因导致：

• 液压冲击

某些原因液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值 ，这种现象称为液压冲击。瞬间压力冲击不仅引起振动和噪声，而且会损坏密封装置、管道、元件，造成设备事故。

压力冲击的实质是系统对动量变化的响应。因此，只要有动量变化，就有冲击。动量的变化主要体现在速度的变化，因此，由高速突然停止会有冲击，由静止突然有大的速度也会有冲击。由于压力传感器安装在系统的管路或者系统的其他元件上，用于监视系统的压力变化，所以压力传感器就不可避免的承受着系统瞬间压力的峰值，但实际上该压力峰值并不是系统所期望的，甚至是整个系统期望消除的，所以压力传感器并不需要将此类压力瞬间变化反馈给该系统的控制器。同时此类压力瞬变对压力传感器稳定性也是一种挑战。

• 气穴现象

在实际的液压系统中，某点压力低于液压油所在温度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小到低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气穴现象多发生在阀口和液压泵的吸油口。

气穴现象的危害：大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。

压力传感器经常被用在工程机械或工业液压应用的场景中，或是在液压泵的吸油口用做压力监视，或是在液压泵的出油口用作压力反馈。压力传感器的敏感元件中与液压流体接触的面为金属元件，假如系统内发生气穴现象，将加速敏感元件的疲劳损伤或侵蚀。

4阻尼器与传感器相结合产品

阻尼器是用来避免由于流体内压力瞬间变化，导致液压元件损坏的元件。其主要适用于被测介质有强烈脉冲的压力系统中。阻尼器主要由一个长细比大于4的细长孔构成，通过阻尼小孔来稳定液压元件侧的压力，减缓阻尼孔后的压力瞬变，使压力趋于稳定。

MBS3000系列压力传感器由于广泛用于工程机械及工业液压系统中，该类系统由于频繁的阀门动作，或是负载的骤变，长期以来，系统内存在强烈的压力脉冲，使压力传感器极易损坏，使用寿命降低。基于此，在该类型传感器的压力头处可以选装阻尼器（如图4-1），用于稳定传感器接受到的压力。图4-2 为未安装阻尼器的压力传感器产品，其接受到压力分布不均，图4-3为安装阻尼器的压力传感器产品，压力明显趋于稳定，通过阻尼器，提高压力传感器的使用寿命。

图4-1 图4-2 图4-3

参考文献：

MBS 3000 压力传感器datasheet

新编液压工程手册 雷天觉

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