壓力傳(chuan)感器(qi)工作原理  
   壓力傳(chuan)感器(qi)是(shi)工業實(shi)踐中(zhong)zui為(wei)常(chang)用的(de)壹(yi)種(zhong)傳(chuan)感器(qi)，其廣泛應(ying)用於(yu)各種工業自(zi)控環境(jing)，涉及(ji)水(shui)利水電(dian)、鐵路(lu)交(jiao)通(tong)、智(zhi)能建築、生產(chan)自(zi)控、航(hang)空(kong)航(hang)天、軍(jun)工、石化、油井、電(dian)力、船舶(bo)、機床(chuang)、管(guan)道等眾(zhong)多(duo)行(xing)業(ye)，下面(mian)就簡單(dan)介(jie)紹(shao)壹(yi)些常(chang)用傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理及(ji)其應(ying)用  
    1 、應(ying)變片(pian)壓力傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理與應(ying)用  
    力學傳(chuan)感器(qi)的(de)種類(lei)繁多(duo)，如(ru)電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)壓力傳(chuan)感器(qi)、半(ban)導(dao)體應(ying)變片(pian)壓力傳(chuan)感器(qi)、壓阻(zu)式(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)、電(dian)感式(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)、電(dian)容(rong)式(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)、諧(xie)振式(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)及(ji)電(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度傳(chuan)感器(qi)等。但(dan)應(ying)用的(de)是(shi)壓阻(zu)式(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)，它具有(you)極(ji)低(di)的(de)價格和(he)較高(gao)的精(jing)度(du)以(yi)及(ji)較好(hao)的線性特(te)性。下面(mian)我(wo)們(men)主(zhu)要介紹(shao)這類(lei)傳(chuan)感器(qi)。  
    在(zai)了解壓阻(zu)式(shi)力傳(chuan)感器(qi)時(shi)，我(wo)們(men)首先(xian)認識壹(yi)下電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)這種元(yuan)件(jian)。電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)是(shi)壹(yi)種(zhong)將被測件(jian)上(shang)的應(ying)變變化轉(zhuan)換(huan)成為(wei)壹(yi)種(zhong)電(dian)信號(hao)的敏感器(qi)件(jian)。它是(shi)壓阻(zu)式(shi)應(ying)變傳(chuan)感器(qi)的(de)主(zhu)要組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)之壹(yi)。電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)應(ying)用zui多(duo)的是(shi)金(jin)屬電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)和(he)半(ban)導(dao)體應(ying)變片(pian)兩(liang)種(zhong)。金屬電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)又(you)有絲(si)狀應(ying)變片(pian)和(he)金(jin)屬箔狀(zhuang)應(ying)變片(pian)兩(liang)種(zhong)。通常(chang)是(shi)將(jiang)應(ying)變片(pian)通(tong)過(guo)特(te)殊的粘和劑(ji)緊(jin)密的粘合(he)在(zai)產(chan)生力學應(ying)變基(ji)體(ti)上(shang)，當(dang)基(ji)體受(shou)力發(fa)生應(ying)力變化時，電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)也(ye)壹(yi)起(qi)產(chan)生形(xing)變，使應(ying)變片(pian)的(de)阻(zu)值發(fa)生改(gai)變，從而(er)使加(jia)在(zai)電(dian)阻(zu)上(shang)的電(dian)壓發(fa)生變化。這種應(ying)變片(pian)在(zai)受(shou)力時產(chan)生的(de)阻(zu)值變化通常(chang)較小，壹(yi)般(ban)這種應(ying)變片(pian)都(dou)組(zu)成(cheng)應(ying)變電(dian)橋，並(bing)通(tong)過(guo)後(hou)續(xu)的儀(yi)表放大器(qi)進(jin)行(xing)放(fang)大，再(zai)傳(chuan)輸(shu)給處理電(dian)路（通(tong)常(chang)是(shi)A/D 轉(zhuan)換(huan)和CPU ）顯(xian)示(shi)或(huo)執行(xing)機(ji)構。  
    金屬電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)的(de)內(nei)部結構     
    是(shi)電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)的(de)結構示意(yi)圖(tu)，它由基(ji)體材(cai)料(liao)、金屬應(ying)變絲(si)或應(ying)變箔、絕緣(yuan)保護片和(he)引(yin)出(chu)線等部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。根(gen)據(ju)不同(tong)的(de)用途，電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)的(de)阻(zu)值可以(yi)由設計者(zhe)設計，但(dan)電(dian)阻(zu)的(de)取值範圍應(ying)註意(yi)：阻(zu)值太(tai)小，所(suo)需(xu)的驅(qu)動電(dian)流太(tai)大，同(tong)時(shi)應(ying)變片(pian)的(de)發(fa)熱(re)致使本身的(de)溫度過(guo)高(gao)，不同(tong)的(de)環境(jing)中使用，使應(ying)變片(pian)的(de)阻(zu)值變化太(tai)大，輸(shu)出(chu)零(ling)點漂移(yi)明顯(xian)，調(tiao)零(ling)電(dian)路過(guo)於(yu)復(fu)雜。而(er)電(dian)阻(zu)太(tai)大，阻(zu)抗太(tai)高(gao)，抗外界的電(dian)磁(ci)幹擾能力較差。壹(yi)般(ban)均為(wei)幾十(shi)歐(ou)至(zhi)幾十(shi)千歐(ou)左(zuo)右(you)。  
    電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)的(de)工作原理  
    金屬電(dian)阻(zu)應(ying)變片(pian)的(de)工作原理是(shi)吸(xi)附(fu)在(zai)基(ji)體(ti)材(cai)料(liao)上應(ying)變電(dian)阻(zu)隨(sui)機(ji)械形(xing)變而(er)產(chan)生阻(zu)值變化的現象，俗稱(cheng)為(wei)電(dian)阻(zu)應(ying)變效(xiao)應(ying)。金(jin)屬導(dao)體的(de)電(dian)阻(zu)值可用下式(shi)表示：  
    式中(zhong)：ρ——金(jin)屬導(dao)體的(de)電(dian)阻(zu)率（Ω。cm2/m ）  
    S ——導(dao)體的(de)截(jie)面(mian)積（cm2 ）
      L ——導(dao)體的(de)長(chang)度(du)（m ）       我(wo)們(men)以(yi)金屬絲(si)應(ying)變電(dian)阻(zu)為(wei)例，當(dang)金(jin)屬絲(si)受(shou)外力作用時(shi)，其長(chang)度和(he)截(jie)面(mian)積都會發(fa)生變化，從上(shang)式中(zhong)可很(hen)容(rong)易看(kan)出(chu)，其電(dian)阻(zu)值即(ji)會發(fa)生改(gai)變，假(jia)如(ru)金屬絲(si)受(shou)外力作用而(er)伸(shen)長(chang)時(shi)，其長(chang)度增(zeng)加(jia)，而(er)截(jie)面(mian)積減少(shao)，電(dian)阻(zu)值便會增(zeng)大。當(dang)金(jin)屬絲(si)受(shou)外力作用而(er)壓縮(suo)時(shi)，長度減小而(er)截(jie)面(mian)增(zeng)加(jia)，電(dian)阻(zu)值則會減小。只(zhi)要測出(chu)加(jia)在(zai)電(dian)阻(zu)的(de)變化（通常(chang)是(shi)測(ce)量(liang)電(dian)阻(zu)兩(liang)端的電(dian)壓），即(ji)可獲得(de) 應(ying)變金(jin)屬絲(si)的應(ying)變情(qing)      

2 、陶(tao)瓷(ci)壓力傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理及(ji)應(ying)用  

    抗腐蝕(shi)的陶(tao)瓷(ci)壓力傳(chuan)感器(qi)沒(mei)有液體的傳(chuan)遞(di)，壓力直接(jie)作用在(zai)陶瓷膜片(pian)的前(qian)表面，使膜片產(chan)生微(wei)小的形(xing)變，厚(hou)膜(mo)電(dian)阻(zu)印(yin)刷在陶瓷(ci)膜(mo)片的背面(mian)，連(lian)接(jie)成(cheng)壹(yi)個(ge)惠(hui)斯通(tong)電(dian)橋（閉(bi)橋），由(you)於(yu)壓敏電(dian)阻(zu)的(de)壓阻(zu)效(xiao)應(ying)，使電(dian)橋產(chan)生壹(yi)個(ge)與壓力成正比(bi)的高(gao)度線性、與激勵電(dian)壓也(ye)成(cheng)正比(bi)的電(dian)壓信(xin)號(hao)，標(biao)準(zhun)的信(xin)號(hao)根據(ju)壓力量程(cheng)的不同(tong)標(biao)定為(wei)2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可(ke)以(yi)和應(ying)變式(shi)傳(chuan)感器(qi)相(xiang)兼容(rong)。通(tong)過(guo)激光(guang)標(biao)定，傳(chuan)感器(qi)具(ju)有很(hen)高(gao)的溫度穩定性和時間(jian)穩定性，傳(chuan)感器(qi)自(zi)帶(dai)溫度補(bu)償0 ～70℃，並可(ke)以(yi)和絕大多(duo)數(shu)介質(zhi)直接(jie)接(jie)觸。       陶瓷是(shi)壹(yi)種(zhong)*的高(gao)彈性、抗腐蝕(shi)、抗磨(mo)損(sun)、抗沖(chong)擊和(he)振動的材(cai)料(liao)。陶瓷(ci)的(de)熱穩定特(te)性及(ji)它的厚(hou)膜電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)使它的工作溫度範圍高(gao)達-40 ～135 ℃，而(er)且(qie)具(ju)有(you)測(ce)量(liang)的高(gao)精度(du)、高(gao)穩定性。電(dian)氣絕緣(yuan)程(cheng)度>2kV，輸出(chu)信(xin)號(hao)強(qiang)，長期穩定性好(hao)。高(gao)特(te)性，低價格的(de)陶(tao)瓷(ci)傳(chuan)感器(qi)將(jiang)是(shi)壓力傳(chuan)感器(qi)的(de)發(fa)展方(fang)向，在(zai)歐(ou)美(mei)國(guo)家有(you)全面替代(dai)其它類(lei)型傳(chuan)感器(qi)的(de)趨(qu)勢(shi)，在(zai)中(zhong)國(guo)也越來(lai)越多(duo)的(de)用戶使用陶(tao)瓷傳(chuan)感器(qi)替代(dai)擴(kuo)散矽(gui)壓力傳(chuan)感器(qi)。    

  3 、擴(kuo)散矽(gui)壓力傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理及(ji)應(ying)用    

    工作原理被測介(jie)質(zhi)的(de)壓力直接(jie)作用於(yu)傳(chuan)感器(qi)的(de)膜片上（不銹(xiu)鋼或陶(tao)瓷），使膜片產(chan)生與介質(zhi)壓力成正比(bi)的微位移(yi)，使傳(chuan)感器(qi)的(de)電(dian)阻(zu)值發(fa)生變化，和用電(dian)子線路(lu)檢測這壹(yi)變化，並轉(zhuan)換(huan)輸出(chu)壹(yi)個(ge)對應(ying)於(yu)這壹(yi)壓力的標(biao)準(zhun)測量(liang)信號(hao)。          

4 、藍寶石壓力傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理與應(ying)用    

  利(li)用應(ying)變電(dian)阻(zu)式(shi)工作原理，采(cai)用矽(gui)- 藍(lan)寶石作為(wei)半(ban)導(dao)體敏感元(yuan)件(jian)，具有的計量(liang)特(te)性。 藍寶石系(xi)由單晶(jing)體絕緣(yuan)體(ti)元素組(zu)成(cheng)，不會發(fa)生滯(zhi)後(hou)、疲(pi)勞和蠕變現(xian)象(xiang)；藍(lan)寶石比(bi)矽(gui)要堅(jian)固(gu)，硬度(du)更高(gao)，不怕(pa)形(xing)變；藍(lan)寶石有(you)著非常(chang)好(hao)的彈(dan)性和絕緣(yuan)特(te)性（1000 OC 以(yi)內），因(yin)此(ci)，利用矽(gui)- 藍(lan)寶石制(zhi)造(zao)的半(ban)導(dao)體敏感元(yuan)件(jian)，對溫度變化不敏感，即(ji)使在高(gao)溫條(tiao)件(jian)下，也(ye)有(you)著很(hen)好(hao)的工作特(te)性；藍寶石的(de)抗輻(fu)射特(te)性*；另外，矽(gui)- 藍(lan)寶石半(ban)導(dao)體敏感元(yuan)件(jian)，無p-n 漂(piao)移(yi)，因(yin)此(ci)，從根(gen)本上(shang)簡化了制造(zao)工藝(yi)，提(ti)高(gao)了重(zhong)復(fu)性，確(que)保了高(gao)成品(pin)率。 用矽(gui)- 藍(lan)寶石半(ban)導(dao)體敏感元(yuan)件(jian)制造(zao)的壓力傳(chuan)感器(qi)和(he)變送器，可(ke)在(zai)zui惡(e)劣(lie)的(de)工作條(tiao)件(jian)下正常(chang)工作，並且(qie)可(ke)靠性高(gao)、精度(du)好(hao)、溫度誤差極(ji)小、性價比(bi)高(gao)。 表壓壓力傳(chuan)感器(qi)和(he)變送器由(you)雙(shuang)膜片(pian)構成：鈦(tai)合(he)金(jin)測(ce)量膜片(pian)和鈦(tai)合(he)金(jin)接(jie)收(shou)膜(mo)片(pian)。印(yin)刷(shua)有(you)異(yi)質(zhi)外延(yan)性應(ying)變靈(ling)敏電(dian)橋電(dian)路的(de)藍(lan)寶石薄(bo)片(pian)，被焊接(jie)在(zai)鈦(tai)合(he)金(jin)測(ce)量膜片(pian)上。被測壓力傳(chuan)送到接(jie)收(shou)膜(mo)片(pian)上(shang)（接(jie)收(shou)膜(mo)片(pian)與測量(liang)膜(mo)片之(zhi)間(jian)用拉(la)桿堅(jian)固(gu)的連(lian)接(jie)在(zai)壹(yi)起(qi)）。在(zai)壓力的作用下，鈦(tai)合(he)金(jin)接(jie)收(shou)膜(mo)片(pian)產(chan)生形(xing)變，該(gai)形(xing)變被矽(gui)- 藍(lan)寶石敏感元(yuan)件(jian)感知(zhi)後(hou)，其電(dian)橋輸(shu)出(chu)會發(fa)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比(bi)。傳(chuan)感器(qi)的(de)電(dian)路能(neng)夠(gou)保證應(ying)變電(dian)橋電(dian)路的(de)供(gong)電(dian)，並將(jiang)應(ying)變電(dian)橋的(de)失(shi)衡(heng)信號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)統壹(yi)的(de)電(dian)信號(hao)輸出(chu)（0-5 ，4-20mA或(huo)0-5V）。在絕壓壓力傳(chuan)感器(qi)和(he)變送器中(zhong)，藍(lan)寶石薄(bo)片(pian)，與陶瓷(ci)基(ji)極(ji)玻(bo)璃(li)焊(han)料(liao)連(lian)接(jie)在(zai)壹(yi)起(qi)，起(qi)到(dao)了(le)彈(dan)性元件的作用，將(jiang)被測壓力轉(zhuan)換(huan)為(wei)應(ying)變片(pian)形(xing)變，從而(er)達(da)到(dao)壓力測量(liang)的目的(de)。    

  5 、壓電(dian)壓力傳(chuan)感器(qi)原(yuan)理與應(ying)用  

    壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)中(zhong)主(zhu)要使用的(de)壓電(dian)材(cai)料(liao)包括(kuo)有石(shi)英、酒(jiu)石(shi)酸(suan)鉀鈉和(he)磷(lin)酸二(er)氫胺。其中(zhong)石英（二(er)氧(yang)化矽(gui)）是(shi)壹(yi)種(zhong)天然(ran)晶(jing)體，壓電(dian)效(xiao)應(ying)就是(shi)在(zai)這種晶(jing)體中(zhong)發(fa)現(xian)的，在(zai)壹(yi)定的溫度範圍之(zhi)內(nei)，壓電(dian)性質(zhi)壹(yi)直存在(zai)，但溫度超(chao)過這個(ge)範圍之(zhi)後(hou)，壓電(dian)性質(zhi)*消(xiao)失(shi)（這個(ge)高(gao)溫就是(shi)所(suo)謂的(de) “居(ju)裏點”）。由(you)於隨(sui)著(zhe)應(ying)力的變化電(dian)場變化微小（也就說壓電(dian)系數(shu)比(bi)較低），所(suo)以(yi)石英逐漸(jian)被其他(ta)的壓電(dian)晶(jing)體所(suo)替代(dai)。而(er)酒(jiu)石(shi)酸(suan)鉀鈉具(ju)有(you)很(hen)大的(de)壓電(dian)靈(ling)敏度和(he)壓電(dian)系數(shu)，但是(shi)它只(zhi)能(neng)在(zai)室(shi)溫和濕(shi)度比(bi)較低的環境(jing)下才(cai)能(neng)夠應(ying)用。磷(lin)酸二(er)氫胺屬於(yu)人(ren)造(zao)晶(jing)體，能(neng)夠承受(shou)高(gao)溫和相(xiang)當(dang)高(gao)的濕(shi)度(du)，所(suo)以(yi)已經得(de)到了(le)廣泛的應(ying)用。現(xian)在壓電(dian)效(xiao)應(ying)也(ye)應(ying)用在(zai)多晶(jing)體上(shang)，比(bi)如(ru)現在(zai)的壓電(dian)陶瓷(ci)，包(bao)括(kuo)鈦(tai)酸鋇(bei)壓電(dian)陶瓷(ci)、PZT 、鈮酸鹽系壓電(dian)陶瓷(ci)、鈮鎂酸鉛(qian)壓電(dian)陶瓷(ci)等等 壓電(dian)效(xiao)應(ying)是(shi)壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)的(de)主(zhu)要工作原理，壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)不能(neng)用於(yu)靜(jing)態(tai)測(ce)量(liang)，因(yin)為(wei)經過外力作用後(hou)的電(dian)荷，只(zhi)有(you)在(zai)回(hui)路具有無限大的(de)輸(shu)入阻(zu)抗時(shi)才(cai)得(de)到保存。實(shi)際的(de)情況(kuang)不是(shi)這樣的，所(suo)以(yi)這決(jue)定了壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)只(zhi)能(neng)夠(gou)測(ce)量動態(tai)的(de)應(ying)力。      

    壓電(dian)傳(chuan)感器(qi)主(zhu)要應(ying)用在(zai)加(jia)速(su)度、壓力和力等的(de)測(ce)量中(zhong)。壓電(dian)式加(jia)速(su)度傳(chuan)感器(qi)是(shi)壹(yi)種(zhong)常(chang)用的(de)加(jia)速(su)度計。它具有(you)結構簡單(dan)、體(ti)積小、重量輕、使用壽命(ming)長等優異(yi)的(de)特(te)點(dian)。壓電(dian)式加(jia)速(su)度傳(chuan)感器(qi)在(zai)飛(fei)機(ji)、汽(qi)車、船舶、橋梁(liang)和(he)建築的(de)振動和沖(chong)擊測(ce)量(liang)中已經得(de)到了(le)廣泛的應(ying)用，特(te)別是(shi)航(hang)空(kong)和(he)宇航(hang)領(ling)域中(zhong)更(geng)有它的特(te)殊地(di)位。壓電(dian)式傳(chuan)感器(qi)也(ye)可以(yi)用來(lai)測量(liang)發(fa)動機內部(bu)燃燒壓力的測(ce)量與真空(kong)度(du)的測(ce)量(liang)。