压力传感器芯体种类及原理 .pdfVIP

电容式和单晶硅谐振式;

力学传感器的种类繁多，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、谐振式压力传感器及电容式加速度传

感器等

电容式和单晶硅谐振式;

溅射薄膜式：

1、半导体应变片压力传感器

电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变

传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两

种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘

和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产

生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力

时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进

行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构

如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护

片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的

取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，

不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而

电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理

金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的

现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）——S导体的截面积（cm2）——L

导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从

上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增

加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，

电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变

金属丝的应变情况。

2、电感式压力传感器

电感式传感器inductancetypetransducer电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量

如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电

压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换

电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大

小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应

的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种:变磁阻

和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频

动态环境。

变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压

力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随

着气隙的变化而变化，从而测出压力。

在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感

器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件

的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。

3、电容式压力传感器

电容式压力传感器的结构和工作原理是怎么样的？

差压式电容传感器的核心部分是一个差动变极距式电容传感器。它以热胀冷缩系数很小的两

个凹形玻璃（或绝缘陶瓷）圆片上的镀金薄膜作为定极板，两个凹形镀金薄膜与夹紧在它们

中间的弹性平膜片组成C1和C2。

当被测压力p1、p2由两侧的内螺纹压力接头进入各自的空腔，该压力通过不锈钢波纹隔离

膜以及热稳定性很好的灌充液（导压硅油），传导到“腔”。弹性平膜片由于受到来自两

侧的压力之差，而凸向压力小的一侧。在腔中，弹性膜片与两侧的镀金定极之间的距离

很小（约0.5mm左右），所以微小的位移（不大于0.1mm）就可以使电容量变化100pF以上。

测量转换电路（相敏检波器）将此电容量的变化转换成4~20mA的标准电流信号，通过信号

电缆线输出到二次仪表。从图b中还可以看到，该压力变送器自带液晶数码显示器。可以在

现场读取测