壓力感測器
壓力感測器
cbm-2100投入型壓力感測器
測力佳壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器，其廣泛應用於各種工業自控環境，涉
及水利水電、鐵路交通、智慧型建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、工具機、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用感測器原理及其應用。
1 、應變片壓力感測器原理與應用
力學感測器的種類繁多，如電阻應變片壓力感測器、半導體應變片壓力感測器、壓阻式壓力感測器、電感式壓力感測器、電容式壓力感測器、諧振式壓力感測器及電容式加速度感測器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力感測器，它具有極低的**和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類感測器。
在了解壓阻式力感測器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種
cbm-3000通用型壓力感測器
將被測件上的應變變化轉換成為一種電訊號的敏感器件。它是壓阻式應變感測器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。
金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，並通過後續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（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
dx140微型壓力感測器
阻的取值範圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過於複雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。
一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
電阻應變片的工作原理
金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：
式中：ρ——金屬導體的電阻率（ω。cm2/m ）
s ——導體的截面積（cm2 ）
l ——導體的長度（m ）
我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，
從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度
增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增
鼎興壓阻式壓力感測器
加，電阻值則會減小。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
應變金屬絲的應變情
2 、陶瓷壓力感測器原理及應用
抗腐蝕的陶瓷壓力感測器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連線成乙個惠斯通電橋（閉橋），由於壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生乙個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓訊號，標準的訊號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.
3 mv/v等，可以和應變式感測器相相容。通過雷射標定，感測器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，感測器自帶溫度補償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，輸出訊號強，長期穩定性好。
高特性，低**的陶瓷感測器將是壓力感測器的發展方向，在歐美國家有全面替代其它型別感測器的趨勢，在中國也越來越多的使用者使用陶瓷感測器替代擴散矽壓力感測器。
3 、擴散矽壓力感測器原理及應用
工作原理被測介質的壓力直接作用於感測器的膜片上（不鏽鋼或陶瓷），使膜片產生與
tbp-1擴散矽無腔壓力感測器
介質壓力成正比的微位移，使感測器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，並轉換輸出乙個對應於這一壓力的標準測量訊號。
原理圖4 、藍寶石壓力感測器原理與應用
利用應變電阻式工作原理，採用矽- 藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量
dx100t系列高溫感測器
特性。 藍寶石系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感測器和變送器，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、價效比高。
表壓壓壓力感測器和變送器由雙膜片構成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。
被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連線在一起）。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。
感測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訊號轉換為統一的電訊號輸出（0-5 ，4-20ma或0-5v）。在絕壓壓力感測器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連線在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。
5 、壓電壓力感測器原理與應用
壓電感測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）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度範圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個範圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的「居里點」）。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），所以石英逐
漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電係數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。
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 、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用後的電荷，只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到儲存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。
壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測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。
壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和衝擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。
它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。
壓電式感測器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電感測器製成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電感測器的應用就非常廣泛。
感測器的選用原則
現代感測器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、測量物件以及測量環境合理地選用感測器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當感測器確定之後，與之相配套的測量方法和測量裝置也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決於感測器的選用是否合理。
1、根據測量物件與測量環境確定感測器的型別
要進行—個具體的測量工作，首先要考慮採用何種原理的感測器，這需要分析多方面的因素之後才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的感測器可供選用，哪一種原理的感測器更為合適，則需要根據被測量的特點和感測器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對感測器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；訊號的引出方法，有線或是非接觸測量；感測器的**，國產還是進口，**能否承受，還是自行研製。
在考慮上述問題之後就能確定選用何種型別的感測器，然後再考慮感測器的具體效能指標。
2、靈敏度的選擇
通常，在感測器的線性範圍內，希望感測器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出訊號的值才比較大，有利於訊號處理。但要注意的是，感測器的靈敏度高，與被測量無關的外界雜訊也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。
因此，要求感測器本身應具有較高的訊雜比，盡員減少從外界引入的廠擾訊號。
感測器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的感測器；如果被測量是多維向量，則要求感測器的交叉靈敏度越小越好。
3、頻率響應特性
感測器的頻率響應特性決定了被測量的頻率範圍，必須在允許頻率範圍內保持不失真的測量條件，實際上感測器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。
感測器的頻率響應高，可測的訊號頻率範圍就寬，而由於受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的感測器可測訊號的頻率較低。
在動態測量中，應根據訊號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。
4、線性範圍
感測器的線形範圍是指輸出與輸入成正比的範圍。以理論上講，在此範圍內，靈敏度保持定值。感測器的線性範圍越寬，則其量程越大，並且能保證一定的測量精度。
在選擇感測器時，當感測器的種類確定以後首先要看其量程是否滿足要求。
但實際上，任何感測器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的範圍內，可將非線性誤差較小的感測器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。
5、穩定性
感測器使用一段時間後，其效能保持不變化的能力稱為穩定性。影響感測器長期穩定性的因素除感測器本身結構外，主要是感測器的使用環境。因此，要使感測器具有良好的穩定性，感測器必須要有較強的環境適應能力。
在選擇感測器之前，應對其使用環境進行調查，並根據具體的使用環境選擇合適的感測器，或採取適當的措施，減小環境的影響。
感測器知識
稱重感測器實際上是一種將質量訊號轉變為可測量的電訊號輸出的裝置。用感測器茵先要考慮感測器所處的實際工作環境，這點對正確選用稱重感測器至關重要，它關係到感測器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個衡器的可靠性和安全性。在稱重感測器主要技術指標的基本概念和評價方法上，新舊國標有質的差異 傳統概念上...
感測器簡介
科技名詞定義 中文名稱 感測器英文名稱 sensor measuring element transducer 定義1 能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用輸出訊號的器件或裝置。所屬學科 機械工程 一級學科 感測器 二級學科 感測器一般名詞 學科 定義2 接受物理或化學變數 輸入變數 形式的...
感測器複習
感測器原理與應用 習題訓練1 一填空1.通常感測器由 敏感元件 轉換元件 基本轉換電路 三部分組成，是能把外界 非電量 轉換成 電量 的器件和裝置。2.金屬絲在外力作用下發生機械形變時它的電阻值將發生變化，這種現象稱 應變 效應 半導體或固體受到作用力後電阻率要發生變化，這種現象稱 壓阻 效應。直線...