壓力傳感器是工業(yè)實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、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。

　　1.壓力測量介紹

　　絕對壓力傳感器，差壓力傳感器，表壓力傳感器。

　　關(guān)于壓力的量測，可以分成三類：

　�。�1） 絕對壓力的測量

　�。�2） 表壓力的測量

　�。�3） 差壓力的測量

　　絕對壓力所指的就是對應(yīng)于絕對真空所測量到的壓力。

　　表壓力所指的就是對應(yīng)于地區(qū)性大氣壓力所測量的壓力。

　　差壓力就是指兩個壓力源間的壓力差值。

　　如果有一壓力為絕對真空，則差壓力就等于絕對壓力;如果壓力為地區(qū)性大氣壓力，則差壓力就等于“表壓力”。

　　壓力的測量單位為巴司卡（pascal）（簡寫pa），它就相當(dāng)于牛頓/米2。在工業(yè)應(yīng)用上，還有其它不同的壓力單位;如Bar，psi（磅/吋2），大氣壓力，mmHg（水銀柱的上升高度以mm表示）以及cmH2O（水柱的上升高度以cm表示）。

　　對于液體及氣體壓力的測量，可以使用各種不同的壓力傳感器。所謂“傳感器”意指它是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，從一個系統(tǒng)中吸收能量，在將此能量已不同的形式（例如電氣）傳送到另一個系統(tǒng)。所以，亦有人稱之為“轉(zhuǎn)換器”如同壓力的測量可以分成三類一般，壓力轉(zhuǎn)換器也可以此三類來區(qū)分：

　　（a） 絕對壓力傳感器：此裝置包含有參考真空，以做為環(huán)境的絕對壓力的測量或受接壓力源的測量。

　　（b） 差壓力傳感器：最為兩個管接壓力源間之壓力差值的測量。

　�。╟） 表壓力傳感器：它也是一種差壓力轉(zhuǎn)換器，但是，其壓力源一個為地區(qū)性大氣壓力，另一個則為管接的壓力源。

　　2.壓力位移的轉(zhuǎn)換：

　　位移轉(zhuǎn)換介紹，電容式氣囊，氧化鋁膜片，半導(dǎo)體膜片，單晶式壓力傳感器

　　壓力位移之轉(zhuǎn)換

　　在壓力傳感器中，通常是使用膜片（或是波狀薄膜）來將壓力P（t）轉(zhuǎn)換成機械的移動量X（t）。膜片（如圖）

　　是由一金屬（或是橡皮）盤所組成，在將金屬盤的邊緣固定到堅固的支撐物上。圓形的波狀都與膜片的外部邊緣成同心圓。被壓縮的液體接觸到膜片的一端，使得膜面以比例于其內(nèi)壓力的彎曲變形。兩個波狀的金屬膜片結(jié)合在一起，形成一個空氣囊（如圖）。

　　假如空氣囊內(nèi)部的空腔包含有真空，即可用以測量絕對壓力;很明顯地，待測壓力是加至此組件的兩端。如果需用更大的彎曲變形，可以將更多的膜片組件串聯(lián)使用。為了測量介于兩個可變壓力間之差值，必須將其中的一個壓力加到空氣囊的內(nèi)部。其它用以轉(zhuǎn)換壓力成移動量的機械是風(fēng)箱（bellow）與布爾弟 （Bourdon tube）。近年來，隨著單晶式壓力傳感器的發(fā)展，可以同時完成轉(zhuǎn)換功能及壓力傳感器功能裝置已被引進，這些是：

　　1. 電容式氣囊

　　電容式氣囊：包含兩個用以支撐電容極片的陶瓷組件，并接合在一起以形成一空腔，而產(chǎn)生真空。

　　2. 氧化鋁膜片（用于壓電轉(zhuǎn)換器）

　　氧化鋁膜片（用于壓電轉(zhuǎn)換器）”在壓電性材料中支撐四個橋式連接的電阻。

　　3. 半導(dǎo)體膜片（壓阻式）

　　半導(dǎo)體膜片：由硅單元所組成（半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器），在其上利用擴散方法以形成電阻。

　　單晶式壓力傳感器

　　如先前所述的，單晶式傳感器就是那些集壓力感測與轉(zhuǎn)換作用于單一組件上的壓力傳感器。壓力-移動量-電壓之間的轉(zhuǎn)換是以下列方法中之一種來完成：

　�。╝） 電容式壓力傳感器：待測壓力使得陶瓷膜片彎曲情形，如此就能改變組件的電容量，借著加入必須的電子電路，盡可能將此變形與壓力之變化互成關(guān)系。因此電容量的變化即比例于壓力的變化。（b）壓阻式或“厚膜”壓力傳感器：這種轉(zhuǎn)換器的動作原理乃應(yīng)用壓阻效應(yīng)，此當(dāng)材料受到變形時，它的電阻會隨著改變。使用厚膜技術(shù)將四個電阻連接成惠斯登電橋的型式，安置于氧化鋁（Al2O3）膜片上。當(dāng)待測壓力促使膜片變形時，電橋的差電壓輸出是隨著改變。

　�。╟） 半導(dǎo)體壓力傳感器：此種裝置也是應(yīng)用壓電效應(yīng)與電橋電阻形式獲得量測結(jié)果，在硅支撐物上利用擴散的方法，用以產(chǎn)生膜片，包含電橋電阻的單元以靜電處理固定在支撐玻璃上。所以，它就與外界形成機械性的隔離。當(dāng)硅質(zhì)膜片偏向時，電橋的輸出就隨著改變。（d） 壓電式壓力傳感器：這種轉(zhuǎn)換器的動作原理乃應(yīng)用壓電效應(yīng)，此指當(dāng)許料受到壓迫（力或壓力）時會產(chǎn)生電壓的性質(zhì)。這些性質(zhì)被用來做高頻時的壓力測量以及聲音位準(zhǔn)的測量（在此種應(yīng)用上，最有名的為“晶體式麥克風(fēng)”）。

　　3.壓力傳感器的規(guī)格與性能比較

　　★ 由于有各種不同型態(tài)的壓力（絕對壓力、差壓力、表壓力），需要利用傳感器來做測量。所以了解那些會影響到傳感器使用的其它外圍特性是很重要的一件事。因此，對于明了接觸到傳感器的待測物是為液體或氣體，就顯得很重要。做為流體測量所使用的傳感器，當(dāng)待測流體有可能損壞傳感器時，其應(yīng)用就不同于那些普通的傳感器。其它的重要的因子是測量范圍（以bar、psi、Atm等單位來表示）。亦即，在能夠維持測量規(guī)格精確度要求下傳感器可以量測的壓力范圍。測量范圍可以是單極性（壓力或真空）或雙極性。

　　★ “過壓力”（over pressure）或“試驗壓力”（proof pre-ssure）（ 傳感器可以接受而不招致?lián)p壞的最大壓力）在傳感器的選擇中相當(dāng)?shù)闹匾�。對于操作溫度范圍的了解也很重要。待測的液體或氣體物質(zhì)的溫度，絕不能超過傳感器的操作溫度范圍。

　　其它與溫度有關(guān)的外圍因子為溫度誤差。亦即，在測量規(guī)格的某一給定的精確度之內(nèi)，溫度所能變動的范圍。另外一個因子為儲

　　存溫度。其它會影響轉(zhuǎn)換器選擇的因子為振動、熱疲乏與溫度等。最重要的特性為：線性度、靈敏度、穩(wěn)定度、重復(fù)能力與遲滯性。

　　線性度：轉(zhuǎn)換器指示值與最佳直線間的偏移量。此參數(shù)通常是以額滿值得百分?jǐn)?shù)來表示。

　　靈敏度：（或分辨率），可產(chǎn)生一輸出信號值的最小輸入變動值。以每單位輸入的輸出信號大小來表示（mv/PSI）。

　　穩(wěn)定度：當(dāng)待轉(zhuǎn)換量（在固定的溫度下）在輸入端維持固定值時，傳感器所能維持輸出信號的能力。在某一給定范圍內(nèi)的穩(wěn)定度，通常是以額滿值得百分?jǐn)?shù)來表示。

　　重復(fù)能力：在不同的時間內(nèi)，相同的待轉(zhuǎn)換量出現(xiàn)在輸入端時，傳感器重新產(chǎn)生輸出信號的能力。重復(fù)能力通常是以額滿值得百分?jǐn)?shù)來表示。

　　遲滯性：相同的壓力，分別以相反的方向加到傳感器，傳感器所指示之兩個讀值間的最大差值。

　　對于界面系統(tǒng)而言，較重要的因素有激勵電壓、F.S.O.、以及單位壓力的靈敏度。

　　激勵電壓：用以傳送功率給傳感器的電源電壓。

　　★ F.S.O.：（滿刻度輸出）在相關(guān)的壓力范圍之限制下，介于傳感器輸出電壓間的差值。

　　單位壓力的靈敏度：當(dāng)壓力改變一個單位值時，輸出電壓的相對變化值。

　　★ 對于某些傳感器相關(guān)于滿刻度壓力的輸出電壓是以供給電壓的函數(shù)來定，此值以mv/v來表示。當(dāng)滿刻度壓力加到傳感器且激勵電壓為一個單位值（伏特）時，傳感器所指示的輸出值（mv）。

　　傳感器的特性：

　　1.測量的型態(tài)：

　　（1）絕對壓力；（2）差壓力；（3）表壓力；

　　2.使用于：

　　（1）氣體；（2）液體；

　　3.測量的范圍；4.試驗壓力；5.操作溫度；6.振動；8.線性度；9.靈敏度；10.穩(wěn)定度；11.重復(fù)能力；12.遲滯性；13.激勵電壓；14.F.S.O（滿刻度輸出）；15.單位壓力的靈敏度