一、定義：

壓力傳感器是用于丈量液體與氣體的壓強(qiáng)的傳感器。與其他傳感器相似，壓力傳感器作業(yè)時(shí)將壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。

二、壓力傳感器分類：

壓力傳感器在運(yùn)用的技能，規(guī)劃，性能表現(xiàn)，作業(yè)適應(yīng)條件與價(jià)格上有很大的差異。初略估計(jì)，全世界有60種以上技能的壓力傳感器和至少300家企業(yè)出產(chǎn)壓力傳感器。

壓力傳感器能夠通過(guò)它們所能丈量的壓強(qiáng)規(guī)模，作業(yè)溫度以及壓強(qiáng)類型而進(jìn)行分類；其間最重要的是壓強(qiáng)類型。若依壓強(qiáng)類型分類的方式中，壓力傳感器能夠分為以下五類：

①、肯定壓力傳感器：

這種壓力傳感器量測(cè)流體真實(shí)的壓強(qiáng)，也便是相對(duì)于真空壓強(qiáng)下的壓強(qiáng)。海平面上的肯定大氣壓力是101.325kPa（14.7?PSI）。

②、表壓力傳感器（gauge pressure sensor）：

這種壓力傳感器能夠量測(cè)某一特定的方位下，相對(duì)大氣壓的壓強(qiáng)，胎壓計(jì)便是一個(gè)例子，當(dāng)胎壓計(jì)顯現(xiàn)讀數(shù)為0PSI，表示輪胎內(nèi)部的壓力等于大氣壓力，為14.7PSI。

③、真空壓力傳感器：

這種壓力傳感器用來(lái)量測(cè)小于一大氣壓的壓強(qiáng)，工業(yè)界有些真空壓力傳感器的讀值是相對(duì)于一大氣壓（讀值為負(fù)值），而有些是以其肯定壓力為準(zhǔn)。

④、壓差計(jì)：

此儀器用來(lái)量測(cè)二個(gè)壓強(qiáng)之間的壓強(qiáng)差，例如量測(cè)濾油器兩端的壓力差，壓差計(jì)也用來(lái)量測(cè)流量或量測(cè)壓力容器內(nèi)的液面高度。

⑤、密封壓力傳感器：

此儀器和表壓力傳感器相似，不過(guò)此儀器會(huì)通過(guò)特別的校對(duì)，其量測(cè)的壓強(qiáng)是相對(duì)海平面的壓強(qiáng)。

若根據(jù)結(jié)構(gòu)與原理的不同，可分為：應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式壓力傳感器等。此外還有光電式、光纖式、超聲式壓力傳感器等。

1、應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變式壓力傳感器是一種通過(guò)丈量各種彈性元件的應(yīng)變來(lái)直接丈量壓力的傳感器。根據(jù)制作資料的不同，應(yīng)變?cè)軌蚍譃榻饘俸桶雽?dǎo)體兩大類。應(yīng)變?cè)淖鳂I(yè)原理根據(jù)導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體資料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生改動(dòng)。

當(dāng)金屬絲受外力效果時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生改動(dòng)，其電阻值即會(huì)發(fā)生改動(dòng)，假如金屬絲受外力效果而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度添加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力效果而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面添加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻兩端的電壓的改動(dòng)，即可取得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變狀況。

2、壓阻式壓力傳感器

壓阻壓力傳感器是指運(yùn)用單晶硅資料的壓阻效應(yīng)和集成電路技能制成的傳感器。單晶硅資料在遭到力的效果后，電阻率發(fā)生改動(dòng)，通過(guò)丈量電路就可得到正比于力改動(dòng)的電信號(hào)輸出。它又稱為分散硅壓阻壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計(jì)需通過(guò)彈性靈敏元件直接感觸外力，而是直接通過(guò)硅膜片感觸被測(cè)壓力的。

壓阻壓力傳感器首要根據(jù)壓阻效應(yīng)（Piezoresistive effect）。壓阻效應(yīng)是用來(lái)描述資料在遭到機(jī)械式應(yīng)力下所發(fā)生的電阻改動(dòng)。不同于壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只發(fā)生阻抗改動(dòng)，并不會(huì)發(fā)生電荷。

大多數(shù)金屬資料與半導(dǎo)體資料都被發(fā)現(xiàn)具有壓阻效應(yīng)。其間半導(dǎo)體資猜中的壓阻效應(yīng)遠(yuǎn)大于金屬。由于硅是如今集成電路的首要原料，以硅制作而成的壓阻性元件的運(yùn)用就變得十分有意義。硅的電阻改動(dòng)不單是來(lái)自與應(yīng)力有關(guān)的幾許形變，并且也來(lái)自資料自身與應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的電阻改動(dòng)首要是由于其三個(gè)導(dǎo)帶谷對(duì)的位移所構(gòu)成不同遷移率的導(dǎo)帶谷間的載子重新分布，進(jìn)而使得電子在不同活動(dòng)方向上的遷移率發(fā)生改動(dòng)。其次是由于來(lái)自與導(dǎo)帶谷形狀的改動(dòng)相關(guān)的等效質(zhì)量(effective mass)的改動(dòng)。在P型硅中，此現(xiàn)象變得更復(fù)雜，并且也導(dǎo)致等效質(zhì)量改動(dòng)及電洞轉(zhuǎn)化。

壓阻壓力傳感器一般通過(guò)引線接入惠斯登電橋中。平常靈敏芯體沒(méi)有外加壓力效果，電橋處于平衡狀況（稱為零位），當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生改動(dòng)，電橋?qū)⑹テ胶狻Ｈ艚o電橋加一個(gè)恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，這樣傳感器的電阻改動(dòng)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)化成壓力信號(hào)輸出。電橋檢測(cè)出電阻值的改動(dòng)，通過(guò)放大后，再通過(guò)電壓電流的轉(zhuǎn)化，變換成相應(yīng)的電流信號(hào)，該電流信號(hào)通過(guò)非線性校對(duì)環(huán)路的補(bǔ)償，即發(fā)生了輸入電壓成線性對(duì)應(yīng)聯(lián)系的4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。

為減小溫度改動(dòng)對(duì)芯體電阻值的影響，進(jìn)步丈量精度，壓力傳感器都選用溫度補(bǔ)償辦法使其零點(diǎn)漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技能指標(biāo)保持較高水平。

3、電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器是一種運(yùn)用電容作為靈敏元件，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)化成電容值改動(dòng)的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般選用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感觸壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間構(gòu)成的電容量發(fā)生改動(dòng)，通過(guò)丈量電路即可輸出與電壓成一定聯(lián)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器屬于極距改動(dòng)型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動(dòng)電容式壓力傳感器。

單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的效果下變形，然后改動(dòng)電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于丈量低壓，并有較高過(guò)載才能。還能夠選用帶活塞動(dòng)極膜片制成丈量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便選用較薄的膜片進(jìn)步靈敏度。它還與各種補(bǔ)償和維護(hù)部以及放大電路全體封裝在一起，以便進(jìn)步抗干擾才能。這種傳感器適于丈量動(dòng)態(tài)高壓和對(duì)飛行器進(jìn)行遙測(cè)。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽(tīng)診器式等型式。

差動(dòng)電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個(gè)固定電極之間，構(gòu)成兩個(gè)電容器。在壓力的效果下一個(gè)電容器的容量增大而另一個(gè)則相應(yīng)減小，丈量結(jié)果由差動(dòng)式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過(guò)載時(shí)膜片遭到凹面的維護(hù)而不致破裂。差動(dòng)電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以確保對(duì)稱性），并且不能完成對(duì)被測(cè)氣體或液體的隔離，因而不宜于作業(yè)在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。

4、壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器首要根據(jù)壓電效應(yīng)（Piezoelectric effect），運(yùn)用電氣元件和其他機(jī)械把待測(cè)的壓力轉(zhuǎn)化成為電量，再進(jìn)行相關(guān)丈量作業(yè)的丈量精密儀器，比方很多壓力變送器和壓力傳感器。

壓電傳感器不能夠運(yùn)用在靜態(tài)的丈量傍邊，原因是遭到外力效果后的電荷，當(dāng)回路有無(wú)限大的輸入抗阻的時(shí)分，才能夠得以保存下來(lái)?？墒菍?shí)際上并不是這樣的。因而壓電傳感器只能夠運(yùn)用在動(dòng)態(tài)的丈量傍邊。它首要的壓電資料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)便是在石英上發(fā)現(xiàn)的。

當(dāng)應(yīng)力發(fā)生改動(dòng)的時(shí)分，電場(chǎng)的改動(dòng)很小很小，其他的一些壓電晶體就會(huì)替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度的，可是，它只能夠運(yùn)用在室內(nèi)的濕度和溫度都比較低的當(dāng)?shù)?。磷酸二氫胺是一種人工晶體，它能夠在很高的濕度和很高的溫度的環(huán)境中運(yùn)用，所以，它的運(yùn)用是十分廣泛的。跟著技能的發(fā)展，壓電效應(yīng)也已經(jīng)在多晶體上得到運(yùn)用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nèi)。

壓電效應(yīng)可分為：正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

正壓電效應(yīng)是指：當(dāng)晶體遭到某固定方向外力的效果時(shí),內(nèi)部就發(fā)生電極化現(xiàn)象,一起在某兩個(gè)表面上發(fā)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀況；當(dāng)外力效果方向改動(dòng)時(shí)，電荷的極性也隨之改動(dòng)；晶體受力所發(fā)生的電荷量與外力的巨細(xì)成正比。壓電式傳感器大多是運(yùn)用正壓電效應(yīng)制成的。

逆壓電效應(yīng)是指對(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象，又稱電致彈性效應(yīng)。用逆壓電效應(yīng)制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電靈敏元件的受力變形有厚度變形型、長(zhǎng)度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基本形式。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這 5種狀況下發(fā)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。

5、電感壓力傳感器

電磁壓力傳感器是多種運(yùn)用電磁原理的傳感器總稱，首要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。

電感式壓力傳感器的作業(yè)原理是由于磁性資料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力效果于膜片時(shí)，氣隙巨細(xì)發(fā)生改動(dòng)，氣隙的改動(dòng)影響線圈電感的改動(dòng)，處理電路能夠把這個(gè)電感的改動(dòng)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號(hào)輸出，然后達(dá)到丈量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路改動(dòng)能夠分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、丈量規(guī)模大；缺陷便是不能運(yùn)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。

變磁阻式壓力傳感器首要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙構(gòu)成了一個(gè)磁路。當(dāng)有壓力效果時(shí)，氣隙巨細(xì)改動(dòng)，即磁阻發(fā)生了改動(dòng)。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會(huì)跟著氣隙的改動(dòng)而改動(dòng)，然后測(cè)出壓力。

在磁通密度高的場(chǎng)合，鐵磁資料的導(dǎo)磁率不穩(wěn)定，這種狀況下能夠選用變磁導(dǎo)式壓力傳感器丈量。變磁導(dǎo)式壓力傳感器用一個(gè)可移動(dòng)的磁性元件替代鐵芯，壓力的改動(dòng)導(dǎo)致磁性元件的移動(dòng)，然后磁導(dǎo)率發(fā)生改動(dòng)，由此得出壓力值。

6、霍爾壓力傳感器

霍爾壓力傳感器是根據(jù)某些半導(dǎo)體資料的霍爾效應(yīng)制成的?；魻栃?yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個(gè)磁場(chǎng)內(nèi)，且有電流通過(guò)期，導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子遭到洛倫茲力而偏向一邊，繼而發(fā)生電壓（霍爾電壓）的現(xiàn)象。電壓所引致的電場(chǎng)力會(huì)平衡洛倫茲力。通過(guò)霍爾電壓的極性，可證實(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶有負(fù)電荷的粒子（自由電子）之運(yùn)動(dòng)所構(gòu)成。

在導(dǎo)體上外加與電流方向筆直的磁場(chǎng)，會(huì)使得導(dǎo)線中的電子遭到洛倫茲力而集合，然后在電子集合的方向上發(fā)生一個(gè)電場(chǎng)，此電場(chǎng)將會(huì)使后來(lái)的電子遭到電力效果而平衡掉磁場(chǎng)構(gòu)成的洛倫茲力，使得后來(lái)的電子能順利通過(guò)不會(huì)偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而發(fā)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。

當(dāng)磁場(chǎng)為一交變磁場(chǎng)時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)也為同頻率的交變電動(dòng)勢(shì)，樹(shù)立霍爾電動(dòng)勢(shì)的時(shí)刻極短，故其響應(yīng)頻率高。理想霍爾元件的資料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率，以便取得較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)。常用霍爾元件的資料大都是半導(dǎo)體，包括N型硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦InAs)、鍺(Ge)、砷化鎵GaAs)及多層半導(dǎo)體質(zhì)結(jié)構(gòu)資料，N型硅的霍爾系數(shù)、溫度穩(wěn)定性和線性度均較好，砷化鎵溫漂小，現(xiàn)在運(yùn)用。

7、電渦流壓力傳感器

根據(jù)電渦流效應(yīng)的壓力傳感器。電渦流效應(yīng)是由一個(gè)移動(dòng)的磁場(chǎng)與金屬導(dǎo)體相交，或是由移動(dòng)的金屬導(dǎo)體與磁場(chǎng)筆直交會(huì)所發(fā)生。簡(jiǎn)而言之，便是電磁感應(yīng)效應(yīng)所構(gòu)成。這個(gè)動(dòng)作發(fā)生了一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。

電渦流特性使電渦流檢測(cè)具有零頻率響應(yīng)等特性，因而電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力的檢測(cè)。

8、振弦式壓力傳感器

振弦式壓力傳感器屬于頻率靈敏型傳感器，這種頻率丈量具有想當(dāng)高的精確度，由于時(shí)刻和頻率是能精確丈量的物理量參數(shù)，并且頻率信號(hào)在傳輸過(guò)程中能夠疏忽電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。一起，振弦式壓力傳感器還具有較強(qiáng)的抗干擾才能，零點(diǎn)漂移小、溫度特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、分辨率高、性能穩(wěn)定，便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)，容易完成儀表數(shù)字化，所以振弦式壓力傳感器也能夠作為傳感技能發(fā)展的方向之一。

振弦式壓力傳感器的靈敏元件是拉緊的鋼弦，靈敏元件的固有頻率與拉緊力的巨細(xì)有關(guān)。弦的長(zhǎng)度是固定的，弦的振蕩頻率改動(dòng)量可用來(lái)測(cè)算拉力的巨細(xì)，即輸入是力信號(hào)，輸出的是頻率信號(hào)。振弦式壓力傳感器分為上下兩個(gè)部分組成，下部構(gòu)件首要是靈敏元件組合體。上部構(gòu)件是鋁殼，包括一個(gè)電子模塊和一個(gè)接線端子，分成兩個(gè)小室放置，這樣在接線時(shí)就不會(huì)影響電子模塊室的密封性。

振弦式壓力傳感器能夠選擇電流輸出型和頻率輸出型。振弦式壓力傳感器在運(yùn)作式，振弦以其諧振頻率不停振蕩，當(dāng)丈量的壓力發(fā)生改動(dòng)時(shí)，頻率會(huì)發(fā)生改動(dòng)，這種頻率信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)化器能夠轉(zhuǎn)化為4~20mA的電流信號(hào)。