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)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。

　　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：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）。zaijueyayalichuanganqihebiansongqizhong，lanbaoshibopian，yutaocijijibolihanliaolianjiezaiyiqi
，qidaoledanxingyuanjiandezuoyong，jiangbeiceyalizhuanhuanweiyingbianpianxingbian，congerdadaoyaliceliangdemude。

　　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。

    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)。

    yadianshichuanganqiyeguangfanyingyongzaishengwuyixueceliangzhong
，birushuoxinshidaoguanshiweiyinqijiushiyouyadianchuanganqizhichengde，yinweiceliangdongtaiyalishirucipubian，suoyiyadianchuanganqideyingyongjiufeichangguangfan。