壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同的測試壓力類型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。

 

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器
，其廣泛應用於各種工業自控環境
，涉及水利水電
、鐵路交通、智能建築
、生產自控
、航空航天、軍工、石化、油井
、電力、船舶、機床
、管道等眾多行業。下麵就簡單介紹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、xiezhenshiyalichuanganqijidianrongshijiasuduchuanganqideng。danyingyongzuiweiguangfandeshiyazushiyalichuanganqi，tajuyoujididejiagehejiaogaodejingduyijijiaohaodexianxingtexing。xiamianwomenzhuyaojieshaozheleichuanganqi。

 

在(zai)了(le)解(jie)壓(ya)阻(zu)式(shi)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)
，我(wo)們(men)首(shou)先(xian)認(ren)識(shi)一(yi)下(xia)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)這(zhe)種(zhong)元(yuan)件(jian)。電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)是(shi)一(yi)種(zhong)將(jiang)被(bei)測(ce)件(jian)上(shang)的(de)應(ying)變(bian)變(bian)化(hua)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)為(wei)一(yi)種(zhong)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)。它(ta)是(shi)壓(ya)阻(zu)式(shi)應(ying)變(bian)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)之(zhi)一(yi)。電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)應(ying)用(yong)最(zui)多(duo)的(de)是(shi)金(jin)屬(shu)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)和(he)半(ban)導(dao)體(ti)應(ying)變(bian)片(pian)兩(liang)種(zhong)。金(jin)屬(shu)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)又(you)有(you)絲(si)狀(zhuang)應(ying)變(bian)片(pian)和(he)金(jin)屬(shu)箔(bo)狀(zhuang)應(ying)變(bian)片(pian)兩(liang)種(zhong)。通(tong)常(chang)是(shi)將(jiang)應(ying)變(bian)片(pian)通(tong)過(guo)特(te)殊(shu)的(de)粘(zhan)和(he)劑(ji)緊(jin)密(mi)的(de)粘(zhan)合(he)在(zai)產(chan)生(sheng)力(li)學(xue)應(ying)變(bian)基(ji)體(ti)上(shang)，當(dang)基(ji)體(ti)受(shou)力(li)發(fa)生(sheng)應(ying)力(li)變(bian)化(hua)時(shi)，電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)也(ye)一(yi)起(qi)產(chan)生(sheng)形(xing)變(bian)，使(shi)應(ying)變(bian)片(pian)的(de)阻(zu)值(zhi)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)
，從(cong)而(er)使(shi)加(jia)在(zai)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。這(zhe)種(zhong)應(ying)變(bian)片(pian)在(zai)受(shou)力(li)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)阻(zu)值(zhi)變(bian)化(hua)通(tong)常(chang)較(jiao)小(xiao)
，一(yi)般(ban)這(zhe)種(zhong)應(ying)變(bian)片(pian)都(dou)組(zu)成(cheng)應(ying)變(bian)電(dian)橋(qiao)
，並(bing)通(tong)過(guo)後(hou)續(xu)的(de)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)進(jin)行(xing)放(fang)大(da)，再(zai)傳(chuan)輸(shu)給(gei)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)（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

 

 

如上圖所示，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


，但電阻的取值範圍應注意：阻zu值zhi太tai小xiao，所suo需xu的de驅qu動dong電dian流liu太tai大da，同tong時shi應ying變bian片pian的de發fa熱re致zhi使shi本ben身shen的de溫wen度du過guo高gao，不bu同tong的de環huan境jing中zhong使shi用yong
，使shi應ying變bian片pian的de阻zu值zhi變bian化hua太tai大da，輸shu出chu零ling點dian漂piao移yi明ming顯xian，調tiao零ling電dian路lu過guo於yu複fu雜za。而er電dian阻zu太tai大da
，阻zu抗kang太tai高gao，抗kang外wai界jie的de電dian磁ci幹gan擾rao能neng力li較jiao差cha。一yi般ban均jun為wei幾ji十shi歐ou至zhi幾ji十shi千qian歐ou左zuo右you。

 

電阻應變片的工作原理

 

金(jin)屬(shu)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)片(pian)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)是(shi)吸(xi)附(fu)在(zai)基(ji)體(ti)材(cai)料(liao)上(shang)應(ying)變(bian)電(dian)阻(zu)隨(sui)機(ji)械(xie)形(xing)變(bian)而(er)產(chan)生(sheng)阻(zu)值(zhi)變(bian)化(hua)的(de)現(xian)象(xiang)，俗(su)稱(cheng)為(wei)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)效(xiao)應(ying)。金(jin)屬(shu)導(dao)體(ti)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)可(ke)用(yong)下(xia)式(shi)表(biao)示(shi)：

 

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·cm2/m）

 

S——導體的截麵積（cm2）

 

L——導體的長度（m）

 

我(wo)們(men)以(yi)金(jin)屬(shu)絲(si)應(ying)變(bian)電(dian)阻(zu)為(wei)例(li)，當(dang)金(jin)屬(shu)絲(si)受(shou)外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)時(shi)，其(qi)長(chang)度(du)和(he)截(jie)麵(mian)積(ji)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，從(cong)上(shang)式(shi)中(zhong)可(ke)很(hen)容(rong)易(yi)看(kan)出(chu)
，其(qi)電(dian)阻(zu)值(zhi)即(ji)會(hui)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)
，假(jia)如(ru)金(jin)屬(shu)絲(si)受(shou)外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)而(er)伸(shen)長(chang)時(shi)


，其(qi)長(chang)度(du)增(zeng)加(jia)，而(er)截(jie)麵(mian)積(ji)減(jian)少(shao)，電(dian)阻(zu)值(zhi)便(bian)會(hui)增(zeng)大(da)。當(dang)金(jin)屬(shu)絲(si)受(shou)外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)而(er)壓(ya)縮(suo)時(shi)，長(chang)度(du)減(jian)小(xiao)而(er)截(jie)麵(mian)增(zeng)加(jia)，電(dian)阻(zu)值(zhi)則(ze)會(hui)減(jian)小(xiao)。隻(zhi)要(yao)測(ce)出(chu)加(jia)在(zai)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情

 

2 陶瓷壓力傳感器原理及應用

 

抗kang腐fu蝕shi的de陶tao瓷ci壓ya力li傳chuan感gan器qi沒mei有you液ye體ti的de傳chuan遞di，壓ya力li直zhi接jie作zuo用yong在zai陶tao瓷ci膜mo片pian的de前qian表biao麵mian，使shi膜mo片pian產chan生sheng微wei小xiao的de形xing變bian，厚hou膜mo電dian阻zu印yin刷shua在zai陶tao瓷ci膜mo片pian的de背bei麵mian，連lian接jie成cheng一yi個ge惠hui斯si通tong電dian橋qiao(閉橋)，由於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 / 3.3 mV/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℃，並可以和絕大多數介質直接接觸。

 

陶瓷是一種公認的高彈性
、抗腐蝕、抗磨損、抗衝擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度範圍高達-40～135℃
，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，shuchuxinhaoqiang，changqiwendingxinghao。gaotexing，dijiagedetaocichuanganqijiangshiyalichuanganqidefazhanfangxiang，zaioumeiguojiayouquanmiantidaiqitaleixingchuanganqidequshi

，zaizhongguoyeyuelaiyueduodeyonghushiyongtaocichuanganqitidaikuosanguiyalichuanganqi。

 

3 擴散矽壓力傳感器原理及應用

 

工作原理：被測介質的壓力直接作用於傳感器的膜片上（不鏽鋼或陶瓷）

，shimopianchanshengyujiezhiyalichengzhengbideweiweiyi
，shichuanganqidedianzuzhifashengbianhua，heyongdianzixianlujiancezheyibianhua，bingzhuanhuanshuchuyigeduiyingyuzheyiyalidebiaozhunceliangxinhao。

 

原理圖

 

4 藍寶石壓力傳感器原理與應用

 

利用應變電阻式工作原理，采用矽-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。

 

藍寶石係由單晶體絕緣體元素組成
，不會發生滯後、疲勞和蠕變現象；藍寶石比矽要堅固，硬度更高，不怕形變
；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內），因此
，利用矽-藍寶石製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，矽-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了製造工藝，提高了重複性
，確保了高成品率。

 

用矽-藍寶石半導體敏感元件製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，並且可靠性高
、精度好、溫度誤差極小、性價比高。

 

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：鈦tai合he金jin測ce量liang膜mo片pian和he鈦tai合he金jin接jie收shou膜mo片pian。印yin刷shua有you異yi質zhi外wai延yan性xing應ying變bian靈ling敏min電dian橋qiao電dian路lu的de藍lan寶bao石shi薄bo片pian，被bei焊han接jie在zai鈦tai合he金jin測ce量liang膜mo片pian上shang。被bei測ce壓ya力li傳chuan送song到dao接jie收shou膜mo片pian上shang（接收膜片與測量膜片之間用拉杆堅固的連接在一起）。在壓力的作用下
，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被矽-藍寶石敏感元件感知後，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

 

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電
，並將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在zai絕jue壓ya壓ya力li傳chuan感gan器qi和he變bian送song器qi中zhong，藍lan寶bao石shi薄bo片pian，與yu陶tao瓷ci基ji極ji玻bo璃li焊han料liao連lian接jie在zai一yi起qi，起qi到dao了le彈dan性xing元yuan件jian的de作zuo用yong，將jiang被bei測ce壓ya力li轉zhuan換huan為wei應ying變bian片pian形xing變bian，從cong而er達da到dao壓ya力li測ce量liang的de目mu的de。

 

5 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氫胺。其中石英（二氧化矽）是(shi)一(yi)種(zhong)天(tian)然(ran)晶(jing)體(ti)，壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)就(jiu)是(shi)在(zai)這(zhe)種(zhong)晶(jing)體(ti)中(zhong)發(fa)現(xian)的(de)，在(zai)一(yi)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)之(zhi)內(nei)
，壓(ya)電(dian)性(xing)質(zhi)一(yi)直(zhi)存(cun)在(zai)，但(dan)溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)這(zhe)個(ge)範(fan)圍(wei)之(zhi)後(hou)
，壓(ya)電(dian)性(xing)質(zhi)完(wan)全(quan)消(xiao)失(shi)（這個高溫就是所謂的“居裏點”）。由於隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電係數比較低），suoyishiyingzhujianbeiqitadeyadianjingtisuotidai。erjiushisuanjianajuyouhendadeyadianlingminduheyadianxishu，danshitazhinengzaishiwenheshidubijiaodidehuanjingxiacainenggouyingyong。linsuanerqinganshuyurenzaojingti
，nenggouchengshougaowenhexiangdanggaodeshidu
，suoyiyijingdedaoleguangfandeyingyong。

 

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
、铌酸鹽係壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

 

壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)是(shi)壓(ya)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)，壓(ya)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)能(neng)用(yong)於(yu)靜(jing)態(tai)測(ce)量(liang)，因(yin)為(wei)經(jing)過(guo)外(wai)力(li)作(zuo)用(yong)後(hou)的(de)電(dian)荷(he)，隻(zhi)有(you)在(zai)回(hui)路(lu)具(ju)有(you)無(wu)限(xian)大(da)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)時(shi)才(cai)得(de)到(dao)保(bao)存(cun)。實(shi)際(ji)的(de)情(qing)況(kuang)不(bu)是(shi)這(zhe)樣(yang)的(de)
，所(suo)以(yi)這(zhe)決(jue)定(ding)了(le)壓(ya)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)隻(zhi)能(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)動(dong)態(tai)的(de)應(ying)力(li)。

 

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
、船舶、橋(qiao)梁(liang)和(he)建(jian)築(zhu)的(de)振(zhen)動(dong)和(he)衝(chong)擊(ji)測(ce)量(liang)中(zhong)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)
，特(te)別(bie)是(shi)航(hang)空(kong)和(he)宇(yu)航(hang)領(ling)域(yu)中(zhong)更(geng)有(you)它(ta)的(de)特(te)殊(shu)地(di)位(wei)。壓(ya)電(dian)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)測(ce)量(liang)發(fa)動(dong)機(ji)內(nei)部(bu)燃(ran)燒(shao)壓(ya)力(li)的(de)測(ce)量(liang)與(yu)真(zhen)空(kong)度(du)的(de)測(ce)量(liang)。也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)軍(jun)事(shi)工(gong)業(ye)，例(li)如(ru)用(yong)它(ta)來(lai)測(ce)量(liang)槍(qiang)炮(pao)子(zi)彈(dan)在(zai)膛(tang)中(zhong)擊(ji)發(fa)的(de)一(yi)瞬(shun)間(jian)的(de)膛(tang)壓(ya)的(de)變(bian)化(hua)和(he)炮(pao)口(kou)的(de)衝(chong)擊(ji)波(bo)壓(ya)力(li)。它(ta)既(ji)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)測(ce)量(liang)大(da)的(de)壓(ya)力(li)，也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)測(ce)量(liang)微(wei)小(xiao)的(de)壓(ya)力(li)。

 

壓ya電dian式shi傳chuan感gan器qi也ye廣guang泛fan應ying用yong在zai生sheng物wu醫yi學xue測ce量liang中zhong
，比bi如ru說shuo心xin室shi導dao管guan式shi微wei音yin器qi就jiu是shi由you壓ya電dian傳chuan感gan器qi製zhi成cheng的de，因yin為wei測ce量liang動dong態tai壓ya力li是shi如ru此ci普pu遍bian


，所suo以yi壓ya電dian傳chuan感gan器qi的de應ying用yong就jiu非fei常chang廣guang泛fan。

 

zaishiyongyalichuanganqideguochengshang
，youyubufenxijiedebuzhuyikenengshichuxiangezhongbuliangdeshiyongtiyan。xiaobianzongjiezishenshiyongyalichuanganqidejingyanfenxianggeidaodajia，xiwangnengbangzhudajiakuaisujiejuewenti。

 

01 壓力傳感器密封圈的問題

 

jiayabiansongqishuchububianhua，zaijiayabiansongqishuchuturanbianhua，xieyabiansongqilingweihuibuqu，henyoukenengshiyalichuanganqimifengquandewenti。changjiandeshiyouyumifengquanguigeyuanyin，chuanganqiningjinzhihoumifengquanbeiyasuodaochuanganqiyinyakoulimiandusaichuanganqi
，jiayashiyalijiezhijinbuqu
，danzaiyalidashituranchongkaimifengquan，yalichuanganqishoudaoyalierbianhua。paichuzhezhongguzhangdezuijiafangfashijiangchuanganqixiexia，zhijiechakanlingweishifouzhengchang
，ruolingweizhengchangkegenghuanmifengquanzaishi
；

 

02 變送器與指針式壓力表對照偏差大

 

出現偏差是正常的現象
，確認正常的偏差範圍即可；zuihouyizhongyichuxiandeguzhangshiweichayabiansongqianzhuangweizhiduilingweishuchudeyingxiang。weichayabiansongqiyouyuqiceliangfanweihenxiao
，biansongqizhongchuanganyuanjianhuiyingxiangdaoweichayabiansongqideshuchu。anzhuangshiyingshibiansongqideyaliminganjianzhouxiangchuizhiyuzhonglifangxiang，anzhuanggudinghoutiaozhengbiansongqilingweidaobiaozhunzhi。

 

03 壓力上去
，變送器輸出上不去

 

cizhongqingkuang


，xianyingjianzhayalijiekoushifoulouqihuozhebeiduzhu，ruguoquerenbushi，jianzhajiexianfangshihejianzhadianyuan，rudianyuanzhengchangzejinxingjiandanjiayakanshuchushifoubianhua

，huozhechakanchuanganqilingweishifouyoushuchu
，ruowubianhuazechuanganqiyisunhuai，kenengshiyibiaosunhuaihuozhezhenggexitongdeqitahuanjiedewenti；

 

04 變送器輸出信號不穩

 

這種故障有肯是壓力源的問題。壓力源本身是一個不穩定的壓力，很有可能是儀表或壓力傳感器抗幹擾能力不強、傳感器本身振動很厲害和傳感器故障
；

 

 

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