壓力傳感器原理【詳解】壓力傳感器原理內容來源網絡，由“深圳機械展（11萬%1100多家展商，超10萬觀眾了收集整理！更多cnc加工中心、車銑磨鉆床、線切割、數控刀具工具?工業機器人、非標自動化?數字化無人工廠?精密測量?3D打印.激光切割、鈑金沖壓折彎、精密零件加工等展示，就在深圳機械展.一.壓力^感器原理一些常用傳感器原理及其應用:1?應變片壓力傳感器原理與應用力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器?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。但應用?為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的限值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組蛔變電橋，井通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。金屬電阻應變片的內部結構1■應變片壓力傳感器原理如圖1所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料.金屬應變絲或應變箔,絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大,同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。而電阻太大,阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。電阻應變片的工^原理金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生陽值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示:式中中一金屬導體的電阻率（。^皿2/皿）導體的截面積（cm2）導體的長度（m）我們以金屬絲應變電阻為例,當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化,從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電I阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測■電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情2、陶瓷壓力傳感器原理壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號。

3?擴散硅壓力傳感器原理原理獷散硅壓力傳感器的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

二.測量電路原理二.測量電路原理應變式傳感器通常采用電橋線路將應變片的電阻變化轉換成電壓變化。由于應變橋路的輸出信號極弱，還需通過放大器將信號進一步放大并進行一些必要的補償。信號放大方式可以采用直流放大或交流放大，應變橋路也就相應地可采用直流電源或交流電源供電。交流電橋的輸出特性方程及其平衡條件在形式上與直流電橋類似，只是其橋臂阻抗與電源頻率有關，將各橋臂阻抗代入公式后的計算要比直流電橋復雜些。下面僅以直流電橋為例來分析應變橋路的工作原理、(1)測量電橋電路

應變式傳感器的橋路額定輸出電壓一般為8毫伏到數十毫伏。因此還需將其放大后再進行顯示和記錄。對于應用較多的直流電橋，多采用低漂移的集成運放（如OP07等）構成零點和增益可調的直流放大器，并通常采用差動輸入方式進行直施壓放大。R1R4RaRR1R4RaRRotB供橋電源電橋輸出 應變傳感器測量電橋電路另外，為提高電橋穩定性和性能，還需要附設橋路初始平衡校準及補償等附加電路。如3.12為一應變傳感器電橋電路，其中設置了多種補償和調節電路。其中R1-R4為應變片組成電橋；用用于調節電橋輸入阻抗；口2可以調節電橋輸出阻抗；人框中為溫度補償電阻；B框中設置有零調整電路；C^人框中Ret共同構成輸出調整電阻；。框中為兩套初始平衡校準電路，Wz1、電構成直流初始調零電路,Wz2、Cz用于交流電橋時初始調零（交流相位調零）。三、特性及相關參數選擇壓力傳感器的種類繁多,其性能也有較大的差異，在實際應用中，應根據具體的使用場合、條件和要求，選擇較為適用的傳感器，做到經濟、合理。一、壓力傳感器的主要性能參數

1.額定壓力范一匚■1.額定壓力范一匚■額定壓力范圍是滿足標準規定值的壓力范圍。一匚■也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規定工作特性的壓力范圍。在實際應用時傳感器所測壓力在該范圍之內。2.最大壓力范匚=12.最大壓力范匚=1最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最一匚■大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續使用也不會被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的2?3倍。.損壞壓力

損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。.線性度線性度是指在工作壓力范圍內，傳感器輸出與壓力之間直線關系的最大偏離。.壓力遲滯為在室溫下及工作壓力范圍內，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時，傳感器輸出之差。6.溫度范匚=1壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和一匚■一匚6.溫度范匚=1壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和一匚■一匚■工作溫度范圍。補償溫度范圍是由于施加了溫度一匚■三一一一匚■補償，精度進入額定范圍內的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范匚二1■乙、壓力傳感器應用實例1.陶瓷壓力傳感器原理及應用抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電網印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0~70℃,并可以和絕大多數介質直接接觸。2、藍寶石壓力傳感器原理與應用利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滯后、疲勞和蠕變現象;藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000OC以內），因此，利用建藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性極強；另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡

化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性3.壓電壓力傳感器原理與應用壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氧胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電一匚種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電一匚■性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氧胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕.使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機.汽車.船|白?橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用