一、應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(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)用為廣泛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)。
金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
電阻應(yīng)變片由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線 等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但 電阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同時(shí)應(yīng)變片的 發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大， 輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界 的電磁*力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
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時(shí)，其長度增加，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)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)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(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。
二、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，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多 的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。
三、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用
工作原理
被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜 片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電 子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。
四、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用
利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅 - 藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有 的計(jì)量特性。 藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象； 藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕 緣特性（ 1000 OC 以內(nèi)），因此，利用硅 - 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件， 對(duì)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(lán)寶石 的抗輻射特性*；另外，硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無 p-n 漂移，因此， 從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。 用硅 - 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在惡劣 的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比 高。
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接 收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)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(jiān)固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變， 該形變被硅 - 藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度 與被測壓力成正比。 傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信 號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（ 0-5 ， 4-20mA 或 0-5V ）。在絕壓壓力傳感器
和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性 元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。
五、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用
壓電傳感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（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體 中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè) 范圍之后，壓電性質(zhì)*消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于 隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)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系 數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬 于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
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