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壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最常用的傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境，涉及水利水電、鐵路運(yùn)輸、智能建筑、生產(chǎn)自動(dòng)控制、航空航天、軍工、石油化工、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等多個(gè)行業(yè)。
1.應(yīng)變式壓力傳感器的原理
機(jī)械傳感器有很多種，如電阻應(yīng)變式壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、感應(yīng)式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器和電容式速度傳感器。但壓阻式壓力傳感器是應(yīng)用最廣泛的一種，它價(jià)格低廉，精度高，線性度好。下面我們主要介紹這種傳感器。為了給阻力傳感器減壓，我們首先知道電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變儀是一種敏感裝置，它將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要部件之一。金屬電阻應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)被廣泛使用。
金屬電阻應(yīng)變計(jì)有兩種：線應(yīng)變計(jì)和金屬箔應(yīng)變計(jì)。
通常，應(yīng)變儀通過(guò)一種特殊的粘合劑與產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變的基體緊密結(jié)合。當(dāng)矩陣的應(yīng)力改變時(shí)，電阻應(yīng)變儀也將變形，這將改變應(yīng)變儀的電阻，從而改變施加到電阻上的電壓。這種應(yīng)變儀受力時(shí)電阻變化通常很小。一般來(lái)說(shuō)，這種應(yīng)變儀形成一個(gè)應(yīng)變橋，由隨后的儀表放大器放大，然后傳輸?shù)教幚黼娐返娘@示器或致動(dòng)器(通常是模數(shù)轉(zhuǎn)換和中央處理器)。
電阻應(yīng)變儀的工作原理
金屬電阻應(yīng)變儀的工作原理是吸附在基體材料上的應(yīng)變電阻隨機(jī)械變形而變化，這就是通常所說(shuō)的電阻應(yīng)變效應(yīng)
應(yīng)該是。金屬導(dǎo)體的電阻值可由以下公式表示：
其中：金屬導(dǎo)體的電阻率(cm2/m)
s-導(dǎo)體的橫截面積(cm2)
l-導(dǎo)體長(zhǎng)度(m)
我們以線應(yīng)變電阻為例。當(dāng)導(dǎo)線受到外力時(shí)，其長(zhǎng)度和橫截面積會(huì)發(fā)生變化。從上面的公式可以很容易地看出，它的電阻值會(huì)發(fā)生變化。如果導(dǎo)線被外力拉伸，其長(zhǎng)度將增加，而其橫截面積將減小，其電阻值將增加。當(dāng)導(dǎo)線受到外力壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小，橫截面增大，電阻值減小。只要測(cè)量施加到電阻上的變化(通常測(cè)量電阻兩端的電壓)，就可以獲得應(yīng)變導(dǎo)線的應(yīng)變壓力。
2.陶瓷壓力傳感器原理
耐腐蝕陶瓷壓力傳感器也是基于壓阻效應(yīng)，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，造成膜片輕微變形。厚膜電阻(壓敏電阻)印刷在陶瓷膜片的背面，并連接形成惠斯通電橋(閉合電橋)。由于壓阻的壓阻效應(yīng)，電橋產(chǎn)生與壓力和激勵(lì)電壓成正比的高度線性的電流。
壓力信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)根據(jù)不同的壓力范圍標(biāo)定為2.0/3.0/3.3毫伏，可與應(yīng)變傳感器兼容。通過(guò)激光校準(zhǔn)
該傳感器具有較高的溫度穩(wěn)定性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器通常有自己的溫度補(bǔ)償，因?yàn)閴毫涌谑翘沾傻?，可以直接與大多數(shù)介質(zhì)接觸。
陶瓷是公認(rèn)的高彈性、腐蝕、磨損、沖擊和振動(dòng)的材料。得益于陶瓷的熱穩(wěn)定性特性和厚膜電阻，工作溫度范圍達(dá)到-40135C，可以測(cè)量高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。傳記絕緣程度>>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，器官穩(wěn)定性好。高特性、低價(jià)錢陶瓷傳感器將成為壓力傳感器的發(fā)展方向，歐美國(guó)家傾向于全面替代其他類型的傳感器。
在中國(guó)，使用陶瓷傳感器代替擴(kuò)散硅壓力傳感器的用戶也在增加。
擴(kuò)散硅壓力傳感器工作原理也基于壓阻效應(yīng)。單晶硅材料在外力作用下發(fā)生微小變形，內(nèi)部原子機(jī)制的電子能級(jí)狀態(tài)發(fā)生變化，電阻率突變(G因子突變)的電阻也發(fā)生了巨大變化。這種物理效果稱為壓阻效果。利用壓阻效應(yīng)的原理采集集成工藝技術(shù)，利用摻雜、擴(kuò)散、單晶硅晶體方向、變形電阻、惠斯通電橋配置、硅材料的彈性力學(xué)特性，在同一個(gè)硅材料中進(jìn)行各向異性微加工，將產(chǎn)生集中力和力轉(zhuǎn)換傳感為一體的擴(kuò)散硅傳感器。
測(cè)量介質(zhì)中的壓力直接作用于傳感器的膜片(不銹鋼或陶瓷)，導(dǎo)致膜片發(fā)生在與介質(zhì)壓力成比例的微位移中。傳感器的電阻值發(fā)生變化，使用電子電路檢測(cè)牙齒變化，輸出對(duì)應(yīng)于牙齒壓力的編織測(cè)量信號(hào)。
4、藍(lán)寶石壓力傳感器原理
利用變形電阻工作原理，將硅-藍(lán)寶石(硅-)作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)可比擬的測(cè)量特性。
藍(lán)寶石系統(tǒng)不發(fā)生單晶絕緣體元素、延遲、疲勞、蠕變現(xiàn)象，藍(lán)寶石比硅堅(jiān)固、硬度高，不怕變形。MSstone具有很好的藥彈性和絕緣特性(1000C展示)，因此用硅-藍(lán)寶石(硅-)制作的半導(dǎo)體敏感部件對(duì)溫度變化不敏感，在高溫下也能很好地工作。藍(lán)寶石抗輻射屏障很強(qiáng)。此外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感組件，p-n漂移，因此從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，并確保了高產(chǎn)量。用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制作的壓力傳感器和變送器在最壞的工作條件下正常工作，可靠性高，準(zhǔn)確度高，溫度誤差小，價(jià)錢性能好。
5、壓電壓力傳感器原理
主要用于壓電傳感器的壓電材料有石英、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫胺。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體，壓電效應(yīng)是這種晶體中的發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)壓電材料繼續(xù)存在，但溫度超過(guò)牙齒范圍，壓電材料就會(huì)完全消失(牙齒高溫被稱為“居里點(diǎn)”)。隨著應(yīng)力的變化，電場(chǎng)的變化微乎其微(即壓電系數(shù)較低)，石英逐漸被其他壓電晶體取代。酒石酸鉀鈉的壓電靈敏度和壓電系數(shù)很大，但只能應(yīng)用在室溫和濕度低的環(huán)境中。磷酸一。氫胺是人造晶體，能經(jīng)受高溫和相當(dāng)高的濕度，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。目前壓電效應(yīng)還適用于鈦酸溴系壓電陶瓷、PZT、溴酸鹽系壓電陶瓷、鎂酸鉛壓電陶瓷等目前壓電陶瓷。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用的電荷只有在電路有無(wú)限輸入阻抗的情況下才能保存。實(shí)際情況并非如此，因此確定壓電傳感器只能測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)力
壓力傳感器主要用于加速度、壓力、力等測(cè)量。壓電傳感器還可用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒壓力測(cè)量和真空度測(cè)量。也可以用來(lái)測(cè)量軍事工業(yè)，例如槍。
