市場(chǎng)上常見(jiàn)的壓力傳感器的種類(lèi)及原理分析

1、市場(chǎng)上常見(jiàn)的壓力傳感器的種類(lèi)及原理分析什么是壓力傳感器呢?壓力傳感器是指將接收的氣體、液體等壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)(420mADC)，以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)的元器件。它主要是由測(cè)壓元件傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接件等組成的（進(jìn)氣壓力傳感器）。那么壓力傳感器的種類(lèi)有哪些呢?就目前市場(chǎng)而言，壓力傳感器一般有差壓傳感器、絕壓傳感器、表壓傳感器，靜態(tài)壓力傳感器和動(dòng)態(tài)壓力傳感器。對(duì)于這幾者之間的關(guān)系，我們可以這樣定義定義：差壓是兩個(gè)實(shí)際壓力的差，當(dāng)差壓中一個(gè)實(shí)際壓力為大氣壓時(shí)，差壓就是表壓力。 絕壓是實(shí)際壓力，而有意義的是表壓力，表壓力=絕壓-大氣壓力。靜

2、態(tài)壓力是管道內(nèi)流體不流動(dòng)時(shí)的壓力。動(dòng)態(tài)壓力可以簡(jiǎn)單理解為管道內(nèi)流體流動(dòng)后發(fā)生的壓力。根據(jù)不同的方式壓力傳感器的種類(lèi)也不盡相同。小編通過(guò)搜集整理資料，將與壓力傳感器的種類(lèi)相關(guān)的知識(shí)做如下介紹，下面我們來(lái)看具體分析。 1.擴(kuò)散硅壓力傳感器擴(kuò)散硅壓力傳感器工作原理是被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線(xiàn)路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。 擴(kuò)散硅壓力傳感器原理圖 2.壓電式壓力傳感器(1)壓電式壓力傳感器原理壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作

3、用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。 (2)壓電式壓力傳感器的種類(lèi)與應(yīng)用壓電式壓力傳感器的種類(lèi)和型號(hào)繁多，按彈性敏感元件和受力機(jī)構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類(lèi)。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測(cè)壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。這種傳感器的特點(diǎn)是體積小、動(dòng)態(tài)

4、特性好、耐高溫等。現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)傳感器的性能出越來(lái)越高的要求。例如用壓力傳感器測(cè)量繪制內(nèi)燃機(jī)示功圖，在測(cè)量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料最適合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應(yīng)就是在它上面發(fā)現(xiàn)。目前比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XY(+20°+30°)割型的石英晶體可耐350的高溫。而LiNbO3單晶的居里點(diǎn)高達(dá)1210，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。 3.應(yīng)變片(力學(xué))壓力傳感器(1)應(yīng)變片(力學(xué))壓力傳感器的種類(lèi) 力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、高溫壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)高溫壓力變

5、送器變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線(xiàn)性特性。 (2)應(yīng)變片(力學(xué))壓力傳感器原理在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作

6、用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化(通常是測(cè)量電阻兩端的電壓)，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 4.藍(lán)寶石壓力傳感器(1)藍(lán)寶石壓力傳感器原理表壓壓力傳感器和變送

7、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)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片，被焊接在鈦合金測(cè)量膜片上。被測(cè)壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起)。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成正比。 (2)藍(lán)寶石壓力傳感器應(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)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。 藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象;藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變;藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性(1000 OC 以?xún)?nèi))，因此，利用

8、硅- 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外，硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)防爆壓力變送器p-n 漂移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。用硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最?lèi)毫拥墓ぷ鳁l件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性?xún)r(jià)比高。 5.陶瓷壓力傳感器陶瓷壓力傳感器原理抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)性、與激隔爆溫度變送器勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3