壓力傳感器的工作原理及應(yīng)用屬于京儀壓力表廠家新聞動(dòng)態(tài)信息。

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中zui的常用傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航天、軍工、石油化學(xué)、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等多個(gè)行業(yè)，簡(jiǎn)要介紹了常用傳感器原理及其應(yīng)用

1 .應(yīng)變儀壓力傳感器的原理及應(yīng)用

力學(xué)傳感器的種類多種多樣，例如電阻應(yīng)變儀壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變儀壓力傳感器、壓電電阻式壓力傳感器、感應(yīng)式壓力傳感器、靜電電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器、靜電電容式加速度傳感器等。 但是應(yīng)用zui的是壓阻式壓力傳感器，具有非常低的價(jià)格、高精度和良好的線性特性。 主要介紹這樣的傳感器。

解凍電阻式力傳感器時(shí)，首先識(shí)別電阻應(yīng)變計(jì)這個(gè)元件。 電阻應(yīng)變計(jì)是將被測(cè)定物應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器器件. 這是壓電電阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。 電阻應(yīng)變計(jì)中使用zui的多為金屬電阻應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)兩種。 金屬電阻應(yīng)變計(jì)有絲狀應(yīng)變計(jì)和金屬箔狀應(yīng)變計(jì)兩種。 通常，應(yīng)變儀通過特殊的粘接劑與產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變的基體緊密接觸，當(dāng)對(duì)基體施加力而應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，電阻應(yīng)變儀也一起變形，使應(yīng)變儀的電阻值發(fā)生變化，使施加于電阻的電壓發(fā)生變化。 該應(yīng)變計(jì)在受力時(shí)發(fā)生的電阻值的變化通常較小，但一般而言，該應(yīng)變計(jì)構(gòu)成應(yīng)變橋，用后續(xù)的計(jì)量放大器進(jìn)行放大，并發(fā)送至處理電路(通常為A/D轉(zhuǎn)換和CPU )的顯示和致動(dòng)器。

金屬電阻應(yīng)變計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電阻應(yīng)變計(jì)由基材、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引線等部分構(gòu)成。 根據(jù)用途不同，電阻應(yīng)變儀的電阻值可由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電阻值范圍應(yīng)注意:電阻值過小，所需驅(qū)動(dòng)電流過大，應(yīng)變儀發(fā)熱導(dǎo)致自身溫度過高，在不同環(huán)境下使用，應(yīng)變儀的電阻值變化過大，輸出零偏移顯著，零調(diào)整電路復(fù)雜 電阻過大，電阻過高，抗外部電磁干擾。 一般是幾十歐元到幾十公里左右。

電阻應(yīng)變片的工作原理

金屬電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理是吸附在基材上的應(yīng)變電阻隨機(jī)械應(yīng)變而電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，通稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 金屬導(dǎo)體的電阻值如下式所示

式中: &rho； <； br/>； <； br/>； 金屬導(dǎo)體電阻率( &Omega； ·； cm2/m )

s>； <； br/>； 導(dǎo)體的截面積( cm2 )

以線應(yīng)變電阻為例，外力作用于線時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積發(fā)生變化，由上式可知，其電阻值發(fā)生變化，外力作用于線并延伸時(shí)，其長(zhǎng)度增加，截面積減少，電阻值增大。 電線在外力作用下壓縮時(shí)，長(zhǎng)度會(huì)減小，截面會(huì)增加，電阻值也會(huì)減小。 如果測(cè)量電阻的變化(通常測(cè)量電阻兩端的電壓)，就能夠得到應(yīng)變線的應(yīng)變。

2 .陶瓷壓力傳感器的原理及應(yīng)用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體傳遞，壓力直接作用于陶瓷薄膜的前表面，使薄膜產(chǎn)生微小的變形，厚膜電阻印刷在陶瓷薄膜的背面，與惠斯登電橋(電橋)連接，通過變阻器的壓電電阻效應(yīng)，使電橋受到壓力 還生成與激勵(lì)電壓成比例的電壓信號(hào)，通過壓力范圍將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)定位為2.0/3.0/3.3mV/V等，與失真?zhèn)鞲衅骷嫒荨?激光標(biāo)定中，傳感器具有較高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器具有溫度補(bǔ)償0~70℃，可與大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是具有高彈性、耐腐蝕性、耐磨損性、耐沖擊性和振動(dòng)性的材料。 陶瓷的熱穩(wěn)定特性和厚膜電阻，其工作溫度范圍可提高到-40~135℃，且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。 電絕緣程度> 2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。 高特性、低價(jià)格的陶瓷傳感器是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美有全面取代其他類型傳感器的傾向，在中國(guó)使用陶瓷傳感器代替擴(kuò)散硅壓力傳感器的用戶越來越多。

3 .擴(kuò)散硅壓力傳感器的原理及應(yīng)用

工作原理

被測(cè)定介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成比例的微小位移，使傳感器的電阻值變化，用電子電路檢測(cè)該變化，變換與該壓力對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定信號(hào)并輸出。

4 .藍(lán)寶石壓力傳感器的原理及應(yīng)用

利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體傳感器，具有測(cè)量特性。

藍(lán)寶石系由單晶絕緣體元素構(gòu)成，不產(chǎn)生磁滯、疲勞、蠕變現(xiàn)象的藍(lán)寶石比硅結(jié)實(shí)，硬度高，不怕變形的藍(lán)寶石具有非常優(yōu)異的彈性和絕緣特性( 1000OC以內(nèi))， 由硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體感應(yīng)元件對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下也具有良好工作特性的藍(lán)寶石的耐輻射特性非常優(yōu)異，另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體傳感器由于沒有p-n漂移，因此制造工藝從根本上簡(jiǎn)化，重現(xiàn)性提高，確保了高成品率。

用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體傳感器制造的壓力傳感器和變送器在zui的苛刻工作條件下正常工作，可靠性高，精度好，溫度誤差極小，性價(jià)比高。

儀表壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成:鈦合金測(cè)量膜片和鈦合金接收膜片。 印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變傳感器橋電路的藍(lán)寶石板焊接在鈦合金測(cè)量薄膜上。 測(cè)量的壓力傳遞給接收膜片(接收膜片和測(cè)量膜片用拉桿牢固連接)。 鈦合金因壓力而在膜片上受到變形，在硅-藍(lán)寶石傳感器上感知到該變形時(shí)，其橋輸出發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成比例。

傳感器的電路保證應(yīng)變橋電路的供電，將應(yīng)變橋的不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出(0- 5，4-20ma或0-5V )。 在絕緣壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石板與陶瓷基玻璃焊料相連，起到彈性元件的作用，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變儀的應(yīng)變，達(dá)到了壓力測(cè)量的目的。

5 .壓電壓力傳感器的原理及應(yīng)用

壓電傳感器主要使用的壓電材料是石英、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫胺。 其中石英(二氧化硅)為天然晶體，壓電效應(yīng)在該晶體中發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)壓電特性一直存在，但溫度超過該范圍時(shí)壓電特性完全消失(該高溫即所謂的&ldquo； 居里點(diǎn)&rdquo； 中所述情節(jié)，對(duì)概念設(shè)計(jì)中的量體體積進(jìn)行分析。 由于電場(chǎng)隨應(yīng)力變化的變化小(即壓電系數(shù)低)，水晶逐漸被其他壓電晶體所取代。 酒石酸鉀鈉具有較大的壓電敏感度和壓電系數(shù)，但僅適用于室溫和濕度較低的環(huán)境。 磷酸二氫胺是一種人工晶體，由于它能承受高溫和相當(dāng)高的濕度，因此被廣泛應(yīng)用。

目前的壓電效應(yīng)已應(yīng)用于目前的壓電陶瓷，如鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽壓電陶瓷、鈮酸鎂鉛壓電陶瓷等多晶體。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。 僅當(dāng)電路具有無限大的輸入阻抗時(shí)，才保存外力作用后的電荷。 實(shí)際情況并非如此，這決定了壓電傳感器只能測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)力。

壓電傳感器主要應(yīng)用于加速度、壓力、力等的測(cè)量。 壓電式加速度傳感器是常用的加速度計(jì)。 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 壓電式加速度傳感器廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量，尤其在航空和航天領(lǐng)域有其特殊地位。 壓電傳感器也可用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量和真空度的測(cè)量。 也可用于軍事工業(yè)，例如，測(cè)量膛內(nèi)發(fā)射瞬間的腔壓變化和炮口的沖擊波壓力。 可以用來測(cè)量大的壓力，也可以用來測(cè)量小的壓力。

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