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壓力傳感器工作原理

來源：電子產(chǎn)品世界 2021-12-28 15:28:13

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導(dǎo)讀：壓力傳感器是一種專門用來測試壓力大小的電子檢測設(shè)備，壓力傳感器的分類繁多、應(yīng)用廣泛，都是依賴于其穩(wěn)定性特性，但它是怎樣具有這樣的特性呢?下面我為大家介紹一下幾種壓力傳感器的工作原理。

1. 壓力傳感器工作原理--簡介

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，輸出為數(shù)字信號(hào)。而通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

2. 壓力傳感器工作原理—壓力傳感器的分類

壓力傳感器的類型非常多，主要有應(yīng)變式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器等，下面我分別為大家介紹一下這幾類的工作原理。

3. 壓力傳感器工作原理--應(yīng)變片壓力傳感器原理

電阻應(yīng)變片壓力傳感器的核心部分是電阻應(yīng)變片，如圖1 所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，

金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

R=ρ·L/S.

式中：

ρ--電阻材料的電阻率

L--電阻材料的長度(米)

S--電阻材料的截面面積(平方厘米)

當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會(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用而伸長時(shí)，其長度增加，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)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測出加在電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓)，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情。

4. 壓力傳感器工作原理--陶瓷壓力傳感器原理

陶瓷壓力傳感器原理：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(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性、與激勵(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 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

5. 壓力傳感器工作原理--擴(kuò)散硅壓力傳感器原理

工作原理：被測介質(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，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。

原理圖

6. 壓力傳感器工作原理--藍(lán)寶石壓力傳感器原理

藍(lán)寶石壓力傳感器原理：利用應(yīng)變電阻式工作原理，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，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出(0-5 ，4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。

7. 壓力傳感器工作原理--壓電壓力傳感器原理

工作原理：當(dāng)薄圓筒內(nèi)側(cè)受到壓力作用時(shí)，圓筒的內(nèi)張力增大，從而使其固有振動(dòng)頻率升高。利用此效應(yīng)。只要測出振筒的固有振動(dòng)頻率，就可知道壓力大小。圓筒的固有振動(dòng)頻率的測量精度決定于筒的諧振品質(zhì)因數(shù)Q、信號(hào)處理電路和時(shí)鐘信號(hào)精度。

圖13-14示出圓筒式壓電壓力傳感器的典型結(jié)構(gòu)原理。

它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。