壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最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)。

壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。按不同根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分成不同種類。今天小明就來跟大家分享一下最為常見的四種壓力傳感器。

什么是壓力傳感器？

壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號(hào)，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號(hào)的器件或裝置。

壓電壓力傳感器

原理：主要由于壓電效應(yīng)的產(chǎn)生形成的原理情況。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)完全消失。

高溫就是所謂的距離點(diǎn)，由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小，即壓電系數(shù)較低，石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。壓電效應(yīng)應(yīng)用在多晶體上，如壓電陶瓷，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。

（a）正壓電效應(yīng) （b）負(fù)壓電效應(yīng)

應(yīng)用：壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。壓電式傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。它也可以被用來測量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量；用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。

它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。比如在生物醫(yī)學(xué)測量中，心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的。

應(yīng)變片壓力傳感器

電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。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)。

通常將應(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)。

陶瓷壓力傳感器

原理：陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng)，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2.0/3.0/3.3mV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。

應(yīng)用：陶瓷是一種公認(rèn)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一大發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也有越來越多的用戶使用陶瓷傳感器來替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

藍(lán)寶石壓力傳感器

原理：利用應(yīng)變電阻式工作，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)量特性。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。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。

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)寶石的抗輻射特性強(qiáng);另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移。

傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。