壓力傳感器原理及應用

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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、諧(xie)振(zhen)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)電(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)等(deng)。但(dan)應(ying)用(yong)最(zui)為(wei)廣(guang)泛(fan)的(de)是(shi)壓(ya)阻(zu)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)，它(ta)具(ju)有(you)極(ji)低(di)的(de)價(jia)格(ge)和(he)較(jiao)高(gao)的(de)精(jing)度(du)以(yi)及(ji)較(jiao)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)。下(xia)麵(mian)我(wo)們(men)主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)。
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，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)強(qiang)
，長(chang)期(qi)穩(wen)定(ding)性(xing)好(hao)。高(gao)特(te)性(xing)，低(di)價(jia)格(ge)的(de)陶(tao)瓷(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)是(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)
，在(zai)歐(ou)美(mei)國(guo)家(jia)有(you)全(quan)麵(mian)替(ti)代(dai)其(qi)它(ta)類(lei)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)趨(qu)勢(shi)
，在(zai)中(zhong)國(guo)也(ye)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)陶(tao)瓷(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)替(ti)代(dai)擴(kuo)散(san)矽(gui)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)。
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）
，使(shi)膜(mo)片(pian)產(chan)生(sheng)與(yu)介(jie)質(zhi)壓(ya)力(li)成(cheng)正(zheng)比(bi)的(de)微(wei)位(wei)移(yi)
，使(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，和(he)用(yong)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)檢(jian)測(ce)這(zhe)一(yi)變(bian)化(hua)
，並(bing)轉(zhuan)換(huan)輸(shu)出(chu)一(yi)個(ge)對(dui)應(ying)於(yu)這(zhe)一(yi)壓(ya)力(li)的(de)標(biao)準(zhun)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)。
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：taihejinceliangmopianhetaihejinjieshoumopian。yinshuayouyizhiwaiyanxingyingbianlingmindianqiaodianludelanbaoshibopian，beihanjiezaitaihejinceliangmopianshang。beiceyalichuansongdaojieshoumopianshang（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），所(suo)以(yi)石(shi)英(ying)逐(zhu)漸(jian)被(bei)其(qi)他(ta)的(de)壓(ya)電(dian)晶(jing)體(ti)所(suo)替(ti)代(dai)。而(er)酒(jiu)石(shi)酸(suan)鉀(jia)鈉(na)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)壓(ya)電(dian)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)壓(ya)電(dian)係(xi)數(shu)，但(dan)是(shi)它(ta)隻(zhi)能(neng)在(zai)室(shi)溫(wen)和(he)濕(shi)度(du)比(bi)較(jiao)低(di)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)才(cai)能(neng)夠(gou)應(ying)用(yong)。磷(lin)酸(suan)二(er)氫(qing)胺(an)屬(shu)於(yu)人(ren)造(zao)晶(jing)體(ti)，能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)高(gao)溫(wen)和(he)相(xiang)當(dang)高(gao)的(de)濕(shi)度(du)，所(suo)以(yi)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。 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。
yadianxiaoyingshiyadianchuanganqidezhuyaogongzuoyuanli
，yadianchuanganqibunengyongyujingtaiceliang，yinweijingguowailizuoyonghoudedianhe，zhiyouzaihuilujuyouwuxiandadeshuruzukangshicaidedaobaocun。shijideqingkuangbushizheyangde
，suoyizhejuedingleyadianchuanganqizhinenggouceliangdongtaideyingli。
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。
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