什么是壓力傳感器

　　壓力傳感器（PressureTransducer）是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同的測試壓力類型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。

　　壓力傳感器種類與工作原理介紹

　　1、壓電壓力傳感器

　　原理：主要由于壓電效應的產生形成的原理情況。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，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失。高溫就是所謂的居里點。由于隨著應力的變化電場變化微小，即壓電系數較低，石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。壓電效應應用在多晶體上，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。

　　應用：壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發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。壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。

　　2、應變片壓力傳感器

　　原理：因為廣泛使用的壓阻式壓力傳感器，其金屬電阻應變片工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。

　　電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。

　　金屬電阻應變片的內部結構：電阻應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

　　3、陶瓷壓力傳感器

　　原理：壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0~70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

　　應用：陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40~135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，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散硅壓力傳感器。

　　4、藍寶石壓力傳感器

　　原理：利用應變電阻式工作，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

　　壓力傳感器測試方法及原理介紹

　　壓力傳感器的應用范圍非常廣泛，伴隨著壓力傳感器的廣泛應用，確定如何檢測壓力傳感器顯得十分重要。檢測壓力傳感器，根據目的不同，檢測的項目也不一樣，當然檢測的方法也就會有區別。

　　1、橋路的檢測，主要檢測傳感器的電路是否正確，一般是惠斯通全橋電路，利用萬用表的歐姆檔，量輸入端之間的阻抗、以及輸出端之間的阻抗，這兩個阻抗就是壓力傳感器的輸入、輸出阻抗。如果阻抗是無窮大，橋路就是斷開的，說明傳感器有問題或者引腳的定義沒有判斷正確。

　　2、零點的檢測，用萬用表的電壓檔，檢測在沒有施加壓力的條件下，傳感器的零點輸出。這個輸出一般為mV級的電壓，如果超出了傳感器的技術指標，就說明傳感器的零點偏差超范圍。

　　3、加壓檢測，檢單的方法是：給傳感器供電，用嘴吹壓力傳感器的導氣孔，用萬用表的電壓檔檢測傳感器輸出端的電壓變化。如果壓力傳感器的相對靈敏度很大，這個變化量會明顯。如果絲毫沒有變化，就需要改用氣壓源施加壓力。通過以上方法，基本可以檢測一個傳感器的狀況。如果需要準確的檢測，就需要用標準的壓力源，給傳感器壓力，按照壓力的大小和輸出信號的變化量，對傳感器進行校準。并在條件許可的情況下，進行相關參數的溫度檢測。

　　壓力傳感器接線方法

　　傳感器的接線一向是客戶采購過程咨詢得最多的問題之一，很多客戶都不知道傳感器如何連線，其實各種傳感器的接線方式基本都是一樣的，壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。

　　壓力傳感器兩線制比較簡單，一般客戶都知道怎么接線，一根線連接電源正極，另一個線也就是信號線經過儀器連接到電源負極，這種是最簡單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎上加了一個線，這根線直接連接到電源的負極，較兩線制麻煩一點。四線制壓力傳感器肯定是兩個電源輸入端，另外兩個是信號輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4~20mA輸出，4~20mA的叫壓力變送器，多數做成兩線制的。壓力傳感器的信號輸出有些是沒有經過放大的，滿量程輸出只有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在內部有放大電路，滿量程輸出為0~2V。至于怎么接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信號相適應的檔位，就可以直接測量，否則要加信號調整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。

　　螺紋類型

　　壓力傳感器的螺紋有很多種，常見的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。

　　NPT是NaTIonal（American）PipeThread的縮寫，屬於美國壓力傳感器標準的60度錐管螺紋，用于北美地區。國家標準可查閱GB/T12716-1991

　　PT是PipeThread的縮寫，是55度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯邦國家。常用於水及煤氣管行業，錐度規定為1:16。國家標準可查閱GB/T7306-2000

　　G是55度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族。標記為G代表圓柱螺紋。國家標準可查閱GB/T7307-2001

　　M是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑為20mm，螺距為1.5，如客戶無特殊要求，壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。

　　另外螺紋中的1/4、1/2、1/8標記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行內人通常用分來稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4寸就是2分，如此類推。G好像就是管螺紋的統稱（Guan），55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。

　　ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老國標標注為Rc

　　公制螺紋用螺距來表示，美英制螺紋用每英寸內的螺紋牙數來表示，這是壓力傳感器螺紋最大的區別，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。

　　管螺紋主要用來進行壓力管道的連接，其內外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。

　　壓力傳感器應用領域

　　壓力傳感器主要應用于：增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機，壓縮機，空調制冷設備等領域。

　　1、應用于液壓系統

　　壓力傳感器在液壓系統中主要是來完成力的閉環控制。當控制閥芯突然移動時，在極短的時間內會形成幾倍于系統工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機械和工業液壓中，如果設計時沒有考慮到這樣的極端工況，任何壓力傳感器很快就會被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器，壓力傳感器實現抗沖擊主要有2種方法，一種是換應變式芯片，另一種方法是外接盤管，一般在液壓系統中采用第一種方法，主要是因為安裝方便。此外還有一個原因是壓力傳感器還要承受來自液壓泵不間斷的壓力脈動。

　　2.應用于安全控制系統

　　壓力傳感器在安全控制系統中經常應用，主要針對的領域是空壓機自身的安全管理系統。在安全控制領域有很多傳感器應用，壓力傳感器作為一種非常常見的傳感器，在安全控制系統中應用也不足為奇。

　　在安全控制領域應用一般從性能方面來考慮，從價格上的考慮，還有從實際操作的安全性方便性來考慮，實際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機械設備的加工技術將一些元件以及信號調節器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優點之一，除此之外，價格便宜也是它的另一大優點。在一定程度上它能夠提高系統測試的準確度。在安全控制系統中，通過在出氣口的管道設備中安裝壓力傳感器來在一定程度上控制壓縮機帶來的壓力，這算是一定的保護措施，也是非常有效的控制系統。當壓縮機正常啟動后，如果壓力值未達到上限，那么控制器就會打開進氣口通過調整來使得設備達到最大功率。

　　3.應用于注塑模具

　　壓力傳感器在注塑模具中有著重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機的噴嘴、熱流道系統、冷流道系統和模具的模腔內，它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。

　　4.應用于監測礦山壓力

　　傳感器技術作為礦山壓力監控的關鍵性技術之一。一方面，我們應該正確應用已有的各種傳感器來為采礦行業服務；另一方面，作為傳感器廠家還要研制和開發新型壓力傳感器來適應更多的采礦行業應用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監測的特殊環境，礦用壓力傳感器主要有：振弦式壓力傳感器、半導體壓阻式壓力傳感器、金屬應變片式壓力傳感器、差動變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產行業都有廣泛的應用，具體使用哪種傳感器還有根據具體的采礦環境進行選擇。

　　5.應用于促進睡眠

　　壓力傳感器本身無法促進睡眠，我們只是將壓力傳感器放在床墊地下，由于壓力傳感器具有高靈敏度，當人發生翻身、心跳以及呼吸等有關的動作時，傳感器會分析這一系列信息，去推斷睡眠人睡覺處于一個什么狀態，然后通過對傳感器的分析，收集傳感器的信號得到心跳和呼吸節奏等睡眠的數據，最后將所有數據處理譜成一首段的曲目，當然能將你一個晚上的睡眠壓縮成一首幾分鐘的音樂。

　　6.應用于壓縮機，空調冷設備

　　壓力傳感器常用于空氣壓力機，以及空調制冷設備，這類傳感器產品外形小巧、安裝方便、導壓口一般采用專用閥針式設計。