是什么讓高壓傳感器如此特別？
壓力傳感器基于必須能夠承受高負荷的測量體，尤其是在高壓范圍內。設計和使用的材料是測量主體的準確性、可靠性和使用壽命的關鍵因素。
是什么讓高壓傳感器如此特別？
1、整體設計
高壓傳感器通常設計為厚壁管(見下圖 ),由單片鋼制成。因此，他們的設計也被稱為“單片”。術語“單片”源自希臘語，意思是“單一的石頭”(mono- =單一；lithos =石頭)。
整體式測量主體設計確保了特別低的應力梯度和應力峰值。此外，這些測量體具有長的使用壽命，因為它們沒有焊縫或其他弱點。左圖顯示了示意性布局中的壓力傳感器各種壓力孔設計，而右圖顯示了不同測量體的選擇。
這種設計的優(yōu)點：
內徑D處的機械應力i明顯高于外徑D處的直徑a。因此，這是三軸應力狀態(tài)下承受最高載荷的點(見下圖)。
根據(jù)強度理論，參考應力σv必須從三個應力σ中導出t(切向應力)，σr(徑向應力)和σn(正常應力)以評估使用壽命。然后，參考應力與材料的特征值相關聯(lián)。
用于超高壓范圍(> 10，000 bar)的傳感器的設計使得材料的屈服點在承受最高載荷的內部纖維處被超過。這并不意味著傳感器會被撕裂，因為測量體的外層仍然很好地“承受”了壓力。如果壓力繼續(xù)增加，超過屈服點的地方在壁內慢慢向外移動。只有當屈服點移動到最外層時，換能器才會斷裂。
內徑與外徑之比(Da/Di)，因此必須選擇壁的厚度，以便可以充分利用彈簧鋼的動態(tài)特性，并達到負載變化的最大能力。
2、材料選擇
選擇材料涉及動態(tài)負載下的最大使用壽命和彈簧元件可實現(xiàn)的計量屬性之間的折衷。由于高屈服點，鋼看起來是用于高壓應用的優(yōu)良材料，但可能具有不合適的彈簧特性，這將導致過大的滯后。這意味著材料將顯示不同的增加和減少應力的特征曲線，從而導致測量不準確。低滯后的彈簧元件材料具有大于1GPa的拉伸強度，這使得它們更適合高壓應用。
壓力傳感器制造商通常使用的鋼具有大約600 MPa的持久疲勞的動態(tài)載荷承載能力，這相當于大約6000巴的壓縮載荷。承受6，000至7，000巴重復載荷的承壓部件不能表現(xiàn)出持久強度。這下面的示意圖顯示了壓力傳感器拉伸強度Rm與交變載荷數(shù)量和壓應力σD的函數(shù)關系。
低周耐久性:在N<10的交變載荷下發(fā)生損壞(斷裂)的應力幅度
靜態(tài)強度:在10 <N<106的交變載荷下發(fā)生損壞(斷裂)的應力幅度
持久強度:在任何數(shù)量的交變載荷下都不會發(fā)生損壞(斷裂)的應力幅度，2 x 106 ≥ N ≥ 107
除了材料特性，其他幾個因素也會影響使用壽命。此外，傳感器的后處理也有助于確保超過6000巴的壓力值能夠被可靠地測量。
