一文读懂压力传感器的原理和分类(必须收藏).docx

文读懂压力传感器的原理和分类(必须收藏) 文 | 传感器技术( WW_CGQJS )人类社会环境中，压 力无处不在啊，所以压力传感器自然成为了工业实践中最为 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。 压力传感器 压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感 器。 在讲述压力传感器的同时，我们必须导出压力变送器的概念。 通常传感器由两部分组成，即分别是敏感元件和转换元件。 其中敏感元件是指传感器中能够直接感受或响应被测量的 部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测 量的应变转换成适于传输或测量的电信号部分。 由于传感器的输出信号一般很微弱，需要将其调制与放大。 随着集成技术的发展，人们又将这部分电路及电源等电路也 起装在传感器内部。这样，传感器就可以输出便于处理， 传输的可用信号了。而在以前技术相对落后时，所谓的传感 器是指上文中的敏感元件，而变送器就是上文中的转换元件 压力传感器一般是指将变化的压力信号转换成对应变化的 电阻信号或电容信号的敏感元件，如：压阻元件，压容元件 等。而压力变送器一般是指，压敏元件与调理电路共同组成 的测量压力的整套电路单元，一般能直接输出与压力成线性 关系的标准电压信号或电流信号，供仪表、PLC 关系的标准电压信号或电流信号，供仪表、 PLC 、采集卡等 设备直接采集。 压力传感器的分类 压力传感器的种类繁多，如电阻应变片 压力传感器、 半导体应变片压力传感器、 压阻式压力传感器、 电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器 等。 目前应用较为广泛的压力传感器有：扩散硅压阻式压力传感 器、陶瓷压阻压力传感器、溅射薄膜压力传感器、电容压力 传感器、耐高温特性的蓝宝石压力传感器。但应用最为广泛 的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以 及较好的线性特性。 各种压力传感器的原理 压阻式压力传感器这种传感器采 用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上 ,制成硅压阻芯片 , 并将此芯片的周边固定封装于外壳之内， 引出电极引线。 到压阻式传感器，首先得讲到它的原理——压阻效应。 压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电 阻变化。不同于压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不 会产生电荷。原理图如上，当压力变化时，电阻 R1,R2,R3,R4 发生变化，从而引发加载在电阻中间的电压发生变化，这种 变化反映出压力值。压阻式传感器又称为扩散硅压阻式压力 传感器，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传 感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转 换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。 陶瓷压力传感器抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递， 压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变， 厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥 闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压 准的信号根据压力量程的不同标定为 2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V 等， 可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很 高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿 0 70C,并可以和绝大多数介质直接接触。 力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标 力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信 号，标 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动 的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作 温度范围高达-40?135 C,而且具有测量的高精度、高稳 定性。电气绝缘程度 2kV ，输出信号强，长期稳定性好。 压电式压力传感器压电式压力传感器原理基于压电效应。 压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而 变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面 上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带 电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变 时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向 施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介 质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 压电式压力传感器的种类和型号繁多，按弹性敏感元件和受 力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本 体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上，由膜片 将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力 成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特 性好、耐高温等。现代测量技术对传感器的性能出越来越高 的要求。 例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图，在测量中不允许 用水冷却，并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适 合于研