隨著手動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，在工業(yè)設(shè)備中，不僅液柱式壓力計(jì)、彈性式壓力表外，目前更多的是采用可將壓力轉(zhuǎn)換成聯(lián)通號(hào)的壓力變送器和傳感。這么這種壓力變送器和傳感是怎樣將壓力訊號(hào)轉(zhuǎn)換為聯(lián)通號(hào)的呢？不同的轉(zhuǎn)換方法又有哪些特征呢？明天儀控君為你們匯總了目前常見(jiàn)的幾種壓力傳感的檢測(cè)原理，希望能對(duì)你們有所幫助。
一
壓電壓力傳感
壓電式壓力傳感主要基于壓電效應(yīng)（），借助電氣器件和其他機(jī)械把待測(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)工作的檢測(cè)精密儀器，例如好多壓力變送器和壓力傳感。壓電傳感不可以應(yīng)用在靜態(tài)的檢測(cè)當(dāng)中，緣由是遭到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無(wú)限大的輸入抗阻的時(shí)侯，才可以得以保存出來(lái)。并且實(shí)際上并不是這樣的。因而壓電傳感只可以應(yīng)用在動(dòng)態(tài)的檢測(cè)當(dāng)中。它主要的壓電材料是：乙酸二氫胺、酒石碘化鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)就是在石英上發(fā)覺(jué)的。
當(dāng)撓度發(fā)生變化的時(shí)侯，電場(chǎng)的變化很小很小，其他的一些壓電晶體還會(huì)代替石英。酒石碘化鉀鈉，它是具有很大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度的，并且，它只可以使用在室外的溫度和濕度都比較低的地方。乙酸二氫胺是一種人造晶體大氣壓強(qiáng)傳感器原理，它可以在很高的溫度和很高的體溫的環(huán)境中使用，所以，它的應(yīng)用是十分廣泛的。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也早已在多晶體上得到應(yīng)用了。諸如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮絡(luò)合物系壓電陶瓷和錳酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nèi)。
以壓電效應(yīng)為工作原理的傳感，是機(jī)電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式傳感。它的敏感器件是用壓電的材料制做而成的，而當(dāng)壓電材料遭到外力作用的時(shí)侯，它的表面會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷會(huì)通過(guò)電荷放大器、測(cè)量電路的放大以及變換阻抗之后，才會(huì)被轉(zhuǎn)換成為與所遭到的外力成反比關(guān)系的電量輸出。它是拿來(lái)檢測(cè)力以及可以轉(zhuǎn)換成為力的非電化學(xué)量，比如：
加速度和壓力。它有好多優(yōu)點(diǎn)：重量較輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等。并且它也存在著個(gè)別缺點(diǎn)：有部份電流材料忌悶熱，因而須要采取一系列的防霉舉措，而輸出電壓的響應(yīng)又比較差，那就要使用電荷放大器或則高輸入阻抗電路來(lái)填補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，讓儀器更好地工作。
二
壓阻壓力傳感
壓阻壓力傳感主要基于壓阻效應(yīng)（）。壓阻效應(yīng)是拿來(lái)描述材料在遭到機(jī)械式撓度下所形成的內(nèi)阻變化。不同于上述壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只形成阻抗變化，并不會(huì)形成電荷。
大多數(shù)金屬材料與半導(dǎo)體材料都被發(fā)覺(jué)具有壓阻效應(yīng)。其中半導(dǎo)體材料中的壓阻效應(yīng)遠(yuǎn)小于金屬。因?yàn)楣枋乾F(xiàn)在集成電路的主要，以硅制做而成的壓阻性器件的應(yīng)用就顯得十分有意義。的阻值變化不單是來(lái)自與撓度有關(guān)的幾何形變，但是也來(lái)自材料本身與撓度相關(guān)的阻值，這促使其程度因子小于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的阻值變化主要是因?yàn)槠湟粋€(gè)導(dǎo)帶谷對(duì)的位移所引起不同遷移率的導(dǎo)帶谷間的載子重新分布，從而促使電子在不同流動(dòng)方向上的遷移率發(fā)生改變。其次是因?yàn)閬?lái)自與導(dǎo)帶谷形狀的改變相關(guān)的等效質(zhì)量(mass)的變化。在P型硅中，此現(xiàn)象顯得更復(fù)雜，并且也造成等效質(zhì)量改變及電洞轉(zhuǎn)換。
壓阻壓力傳感通常通過(guò)引線接入惠斯登電橋中。平常敏感芯體沒(méi)有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零值），當(dāng)傳感受壓后芯片內(nèi)阻發(fā)生變化，電橋?qū)适胶狻Ｈ艚o電橋加一個(gè)恒定電壓或電流電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對(duì)應(yīng)的電流訊號(hào)，這樣傳感的阻值變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成壓力訊號(hào)輸出。電橋測(cè)量出阻值值的變化，經(jīng)過(guò)放大后，再經(jīng)過(guò)電流電壓的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電壓訊號(hào)，該電壓訊號(hào)通過(guò)非線性校準(zhǔn)支路的補(bǔ)償，即形成了輸入電流成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出訊號(hào)。
為降低體溫變化對(duì)芯體內(nèi)阻值的影響，增強(qiáng)檢測(cè)精度，壓力傳感都采用氣溫補(bǔ)償舉措使其零點(diǎn)甩尾、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)保持較高水平。
三
電容式壓力傳感
電容式壓力傳感是一種借助電容作為敏感器件，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感。這些壓力傳感通常采用方形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變型時(shí)，薄膜與固定電極之間產(chǎn)生的電容量發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)電路即可輸出與電流成一定關(guān)系的聯(lián)通號(hào)。電容式壓力傳感屬于極距變化型電容式傳感，可分為單電容式壓力傳感和差動(dòng)電容式壓力傳感。
單電容式壓力傳感由方形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變型，進(jìn)而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成反比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成正比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑膠鍍金屬層的方法治成。這些型式易于檢測(cè)低壓，并有較高過(guò)載能力。還可以采用帶活塞動(dòng)極膜片制成檢測(cè)高壓的單電容式壓力傳感。這些型式可減少膜片的直接受壓面積，便于采用較薄的膜片增強(qiáng)靈敏度。它還與各類補(bǔ)償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，便于增強(qiáng)抗干擾能力。這些傳感易于檢測(cè)動(dòng)態(tài)高壓和對(duì)飛行器進(jìn)行遙測(cè)。單電容式壓力傳感還有傳聲器式（即麥克風(fēng)式）和聽(tīng)診器式等型式。
差動(dòng)電容式壓力傳感的受壓膜片電極坐落兩個(gè)固定電極之間，構(gòu)成兩個(gè)電容器。在壓力的作用下一個(gè)電容器的容量減小而另一個(gè)則相應(yīng)減少，檢測(cè)結(jié)果由差動(dòng)式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過(guò)載時(shí)膜片遭到凹面的保護(hù)而不致斷裂。差動(dòng)電容式壓力傳感器器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（非常是無(wú)法保證對(duì)稱性），但是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)二氧化碳或液體的隔離，因而不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。
四
電磁壓力傳感
多種借助電磁原理的傳感合稱，主要包括電感壓力傳感、霍爾壓力傳感、電渦流壓力傳感等。
電感壓力傳感
電感式壓力傳感的工作原理是因?yàn)榇判圆牧虾痛艑?dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的訊號(hào)輸出，進(jìn)而達(dá)到檢測(cè)壓力的目的。該種壓力傳感按磁通變化可以分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測(cè)量范圍大；缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動(dòng)態(tài)環(huán)境。
變磁阻式壓力傳感主要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙產(chǎn)生了一個(gè)磁通。當(dāng)有壓力作用時(shí)，氣隙大小改變，即磁阻發(fā)生了變化。若果在鐵芯線圈上加一定的電流，電壓會(huì)隨著氣隙的變化而變化，進(jìn)而測(cè)出壓力。
在磁路密度高的場(chǎng)合，鐵磁材料的導(dǎo)磁率不穩(wěn)定，這些情況下可以采用變磁導(dǎo)式壓力傳感檢測(cè)。變磁導(dǎo)式壓力傳感用一個(gè)可聯(lián)通的磁性器件取代鐵芯，壓力的變化造成磁性器件的聯(lián)通，因而磁導(dǎo)率發(fā)生改變，由此得出壓力值。
霍爾壓力傳感
霍爾壓力傳感是基于個(gè)別半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個(gè)磁場(chǎng)內(nèi)，且有電流通過(guò)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電載荷子遭到洛倫茲力而偏向一邊，從而形成電流（霍爾電流）的現(xiàn)象。電流所導(dǎo)致的電場(chǎng)力會(huì)平衡洛倫茲力。通過(guò)霍爾電流的極性，可否認(rèn)導(dǎo)體內(nèi)部的電壓是由帶有負(fù)電荷的粒子（自由電子）之運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致。
在導(dǎo)體北外加與電壓方向垂直的磁場(chǎng)，會(huì)促使導(dǎo)線中的電子遭到洛倫茲力而集聚，因而在電子集聚的方向上形成一個(gè)電場(chǎng)，此電場(chǎng)將會(huì)使后來(lái)的電子遭到電力作用而平衡掉磁場(chǎng)導(dǎo)致的洛倫茲力，致使后來(lái)的電子能順利通過(guò)不會(huì)偏斜，此稱為霍爾效應(yīng)。而形成的內(nèi)建電流稱為霍爾電流。
當(dāng)磁場(chǎng)為一交變磁場(chǎng)時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)也為同頻度的交變電動(dòng)勢(shì)，構(gòu)建霍爾電動(dòng)勢(shì)的時(shí)間極短，故其響應(yīng)頻度高。理想霍爾器件的材料要求要有較高的內(nèi)阻率及自旋遷移率，便于獲得較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)。常用霍爾器件的材料大都是半導(dǎo)體，包括N型硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦InAs)、鍺(Ge)、砷化鎵GaAs)及多層半導(dǎo)體質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，N型硅的霍爾系數(shù)、溫度穩(wěn)定性和線性度均較好，多晶硅溫漂小，目前應(yīng)用。
電渦流壓力傳感
基于電渦流效應(yīng)的壓力傳感。電渦流效應(yīng)是由一個(gè)聯(lián)通的磁場(chǎng)與金屬導(dǎo)體相交，或是由聯(lián)通的金屬導(dǎo)體與磁場(chǎng)垂直交會(huì)館形成。簡(jiǎn)而言之，就是電磁感應(yīng)效應(yīng)所導(dǎo)致。這個(gè)動(dòng)作形成了一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電壓。
電渦流特點(diǎn)使電渦流檢查具有零頻度響應(yīng)等特點(diǎn)，因而電渦流壓力傳感可用于靜態(tài)力的檢查。
五
振弦式壓力傳感
振弦式壓力傳感屬于頻度敏感型傳感，這些頻度檢測(cè)具有想當(dāng)高的確切度，由于時(shí)間和頻度是能確切檢測(cè)的化學(xué)量參數(shù)，并且頻度訊號(hào)在傳輸過(guò)程中可以忽視線纜的內(nèi)阻、電感、電容等誘因的影響。同時(shí)，振弦式壓力傳感還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，零點(diǎn)甩尾小、溫度特點(diǎn)好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率高、性能穩(wěn)定大氣壓強(qiáng)傳感器原理，易于數(shù)據(jù)傳輸、處理和儲(chǔ)存，容易實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，所以振弦式壓力傳感也可以作為傳感器技術(shù)發(fā)展的方向之一。
振弦式壓力傳感的敏感器件是拉緊的鋼弦，敏感器件的固有頻度與拉緊力的大小有關(guān)。弦的寬度是固定的，弦的震動(dòng)頻度變化量可拿來(lái)測(cè)算拉力的大小，即輸入是力訊號(hào)，輸出的是頻度訊號(hào)。振弦式壓力傳感分為上下兩個(gè)部份組成，上部預(yù)制構(gòu)件主要是敏感器件組合體。下部預(yù)制構(gòu)件是鋁殼，包含一個(gè)電子模塊和一個(gè)接線端子，分成兩個(gè)小室放置，這樣在接線時(shí)就不會(huì)影響電子模塊室的密封性。
振弦式壓力傳感可以選擇電壓輸出型和頻度輸出型。振弦式壓力傳感在運(yùn)作式，振弦以其諧振頻度不停震動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)的壓力發(fā)生變化時(shí)，頻度會(huì)形成變化，這些頻度訊號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換為4~20mA的電壓訊號(hào)。