工業(yè)壓力傳感器原理

工業(yè)壓力傳感器

用途

　　壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中zui為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。

實(shí)際應(yīng)用

　　力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)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、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格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傳感器。

　　在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用zui多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　醫(yī)學(xué)常用的壓力參數(shù)有：血壓、顱內(nèi)壓、眼內(nèi)壓、腸內(nèi)壓、肺泡壓等，其中zui常規(guī)的測(cè)量?jī)?nèi)容是血壓（Blood Pressure ,BP）。醫(yī)學(xué)上測(cè)量的血壓有動(dòng)脈壓、靜脈壓和心內(nèi)壓（包括心室壓、心房壓）等，每種壓力信號(hào)又包括：收縮壓、舒張壓、平均壓。

　　血管內(nèi)的血液在血管壁單位面積上垂直作用的力，稱為血壓。當(dāng)人的心臟收縮時(shí)，動(dòng)脈內(nèi)的壓力zui高，此時(shí)內(nèi)壁的壓力稱為收縮壓，亦稱高壓；心室舒張時(shí)，主動(dòng)脈壓下降，在心舒末期動(dòng)脈血壓的zui低值稱為舒張壓，也稱為低壓。血壓的測(cè)量，就是采用某種方法檢測(cè)和記錄血壓的收縮壓、舒張壓等數(shù)e 以及測(cè)量血壓的動(dòng)態(tài)變化。血壓的數(shù)值一艙表示為壓力與大氣壓之差。血壓測(cè)量的壓力范圍為 0 ～ 300mmHg。皿壓測(cè)量的頻串范圍通常為 0 ～20Hz。在常規(guī)的臨床檢查中，常常采用人工方式，使用由氣袖、壓力計(jì)和聽診5B等部分組成肋脈K 計(jì)，間接測(cè)量人體的收縮壓和舒張壓。與此同時(shí)在心血管功能檢查、病人監(jiān)護(hù)、生理實(shí)驗(yàn)、以及體格檢查中，廣泛使用帶有各種血壓傳感器的電血壓計(jì)，盡管這種儀器十分的準(zhǔn)確，技術(shù)十分成熟，但是仍存在諸如攜帶不方便，讀數(shù)困難，患者基本不能自測(cè)等弊病。德國(guó)的赫曼腕式血壓計(jì)，通過(guò)大規(guī)模集成電路，通過(guò)往腕帶中充氣加壓，再通過(guò)傳感器使得壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，這樣不僅大大縮小了總體積，還配上一個(gè)脈搏傳感器，就可以在測(cè)量血壓的同時(shí)完成測(cè)量心跳，單位換算等諸多功能，十分方便，為患者自行診斷提供了可能。

電阻應(yīng)變片的工作原理

　　金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

　　式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ）

　　S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ）

　　L ——導(dǎo)體的長(zhǎng)度（m ）

　　我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，

　　從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度

　　增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增

　　加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得

　　應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情

陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

　　抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)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(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0 ～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

　　陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40 ～135 ℃，而且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國(guó)家有全面替代其它類型傳感器的趨勢(shì)，在中國(guó)也越來(lái)越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。