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五一休息了5天，不知道大家玩得怎么樣？接下來將給大家分享分享關(guān)于傳感器的知識，今天是壓力傳感器。

什么是壓力？

這個(gè)壓力不是我們通常說的壓力，不是說工作有壓力，生活有壓力這種。

這個(gè)壓力是單位面積上施加在表面上的力的表達(dá)，準(zhǔn)確的說法是壓強(qiáng)，通常測量液體、空氣、其他氣體的壓力等。

壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)單位是“帕斯卡”。這相當(dāng)于一個(gè)“牛頓每平方米”。

壓力傳感器只是監(jiān)控這個(gè)壓強(qiáng)，并可以在世界上已知的幾個(gè)單位之一中顯示它。這通常是“帕斯卡”、“巴”和“PSI”（磅/平方英寸）。

輪胎中的空氣壓力是壓強(qiáng)及其測量方式的一個(gè)特別形象的例子。

當(dāng)我們給輪胎充氣時(shí)，它施加在輪胎上的力會增加，導(dǎo)致輪胎充氣，通過輪胎內(nèi)的壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)控的。

汽車輪胎充氣圖

什么是壓力傳感器？

壓力傳感器是將氣體或液體中的輸入機(jī)械壓力轉(zhuǎn)換為電輸出信號的傳感器或儀器。壓力傳感器由可以測量、檢測或監(jiān)控施加壓力的壓敏元件和將信息轉(zhuǎn)換為電輸出信號的電子元件組成。

壓力傳感器具有兩個(gè)重要特性：(1) 提供承受高壓的堅(jiān)固性；(2) 具有彈性以最小程度地變形并在受壓時(shí)恢復(fù)其原始形狀。

壓力傳感器如何工作

簡而言之，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為一個(gè)小的電信號，然后進(jìn)行傳輸和顯示。

因此，這些通常也被稱為壓力變送器。使用的兩個(gè)常見信號是 4 到 20 mA信號和 0 到 5 V 信號。

壓力傳感器的工作原理圖

大多數(shù)壓力傳感器使用壓電效應(yīng)工作。

這是當(dāng)材料響應(yīng)應(yīng)力而產(chǎn)生電荷時(shí)，這種應(yīng)力通常是壓力，但也可能是扭曲、彎曲或振動。

壓力傳感器檢測壓強(qiáng)并可以通過測量電荷來確定壓強(qiáng)的大小。

壓力傳感器需要校準(zhǔn)，以便知道什么電壓或毫安 (mA) 信號對應(yīng)于什么壓強(qiáng)，這是基本的“零”和“跨度”校準(zhǔn)或最小值和最大值，這是維護(hù)人員的常見工作。

壓力傳感器工作原理--壓阻式壓力傳感器

壓阻傳感元件也可以以類似的橋接形式排列。下圖說明了橋式壓力傳感器的傳感元件是如何連接到柔性膜片上的，因此電阻會根據(jù)膜片偏轉(zhuǎn)的大小而變化。壓力傳感器的整體線性度取決于膜片在規(guī)定測量范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，以及應(yīng)變片或壓阻元件的線性度。

壓阻式壓力傳感器元件根據(jù)膜片反射的大小測量電阻變化

壓阻式壓力傳感器元件根據(jù)膜片反射的大小測量電阻變化

壓力傳感器工作原理--應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變計(jì)壓力傳感器適用于測量極高和極低的壓力以及壓差。壓差是任何兩個(gè)給定點(diǎn)之間的壓力差。

應(yīng)變計(jì)壓力傳感器包含一個(gè)傳感元件，一個(gè)隔膜。隔膜的任何變形都會引起應(yīng)變片電阻的變化。通常，惠斯通電橋中使用 4 個(gè)量規(guī)，以最大限度地提高傳感器的靈敏度，這種電阻變化被轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號。

應(yīng)變計(jì)壓力傳感器組件：連接器 (A)、外殼 (B)、應(yīng)變計(jì) (C) 和壓力入口 (D)

應(yīng)變計(jì)壓力傳感器

在應(yīng)變計(jì)型壓力傳感器中，箔或硅應(yīng)變計(jì)布置為惠斯通電橋。應(yīng)變儀連接到某種隔膜上，當(dāng)施加壓力時(shí)隔膜會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。然后由惠斯通電橋電路測量、放大和調(diào)節(jié)所得信號，以提供代表施加壓力的合適傳感器電壓或變送器電流輸出，如下圖所示。

橋式傳感器的電路圖

壓變是測量系統(tǒng)中兩個(gè)壓力值或兩個(gè)壓力點(diǎn)之間的壓力差，因此測量兩個(gè)點(diǎn)彼此之間的差異，而不是它們相對于大氣壓力或另一個(gè)參考壓力的大小比如絕對真空。

這與僅使用一個(gè)端口測量壓力的靜態(tài)或絕對壓力傳感器不同，并且通常壓變計(jì)傳感器封裝有兩個(gè)端口，管道可以連接到兩個(gè)端口，并在兩個(gè)不同的壓力點(diǎn)連接到系統(tǒng)被測量和計(jì)算。

這種壓力測量方法通常用于測量管道或管道中液體或氣體的流量。

下圖為使用壓變計(jì)測量傳感器進(jìn)行罐液位測量。

使用差壓測量傳感器進(jìn)行罐液位測量

壓力傳感器工作原理--電容式壓力傳感器

電容壓力傳感器通過檢測由于隔膜運(yùn)動引起的電容變化來測量壓力。它有兩個(gè)電容板、一個(gè)隔膜和一個(gè)固定在未加壓表面上的電極。這些板之間有一定的距離，壓力的變化會使這些板之間的間隙變寬或變窄，電容的這種變化被轉(zhuǎn)換為可用信號。

根據(jù)應(yīng)用，該傳感器可以測量絕壓、表壓或差壓。電容壓力傳感器組件：絕緣支架 (A)、隔膜 (B)、電容器板 (C) 和壓力端口 (D)

電容壓力傳感器

壓力傳感器工作原理--電位壓力傳感器

電位壓力傳感器由一個(gè)精密電位器組成。電位器由連接到壓力敏感元件（例如隔膜）的雨刷組成，該元件上的偏轉(zhuǎn)會改變刮水器的位置，電阻值在游標(biāo)和電位器一端之間變化。該值是施加的壓力的量度。

電位壓力傳感器組件：雨刷器 (A)、電阻測量電橋電路 (B)、與壓力成比例的測量 (C)、電橋電源 (D)、壓力元件的活動臂 (E) 和位移 (F) )。

電位壓力傳感器

壓力傳感器工作原理--諧振線壓力傳感器

諧振線壓力傳感器具有位于隔膜中的振弦，電子振蕩器使金屬絲保持振動，隨著膜片中壓力的變化，它會影響金屬絲的張力并改變共振頻率，這個(gè)頻率可以被數(shù)字計(jì)數(shù)器電路感測并轉(zhuǎn)換成電信號。

諧振線壓力傳感器組件：諧振線 (A)、至振蕩器電路 (B)、高側(cè)支撐板 (C)、磁鐵 (D)、金屬管 (E)、高壓膜片 (F)、流體傳輸端口 (G)、低壓隔膜 (H)、電絕緣體 (I)、預(yù)緊彈簧 (J) 和低側(cè)支撐板 (K)

諧振線壓力傳感器

壓力傳感器工作原理--感應(yīng)式壓力傳感器

感應(yīng)式壓力傳感器使用電磁感應(yīng)原理工作。換能器具有連接到鐵磁芯的隔膜，隔膜的輕微偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致鐵磁芯的線性運(yùn)動，從而感應(yīng)出電流。

由于壓力變化導(dǎo)致的磁芯運(yùn)動會改變感應(yīng)電流。這種電流變化被轉(zhuǎn)換成可用的信號。

感應(yīng)式壓力傳感器組件：線圈（A、C）、隔膜（B）和壓力（D）

感應(yīng)式壓力傳感器

壓力傳感器工作原理--壓電壓力傳感器

壓電壓力傳感器使用石英晶體或陶瓷材料在施加壓力時(shí)產(chǎn)生電荷。這種以電壓測量的電荷與壓力的變化成正比。壓電壓力傳感器非常靈敏且響應(yīng)速度極快。

壓電壓力傳感器組件的截面圖：螺母 (A)、外殼 (B)、晶體 (C)、隔膜 (D)、引線 (E) 和圓盤 (F)

壓電壓力傳感器

壓力傳感器工作原理--壓力傳感器的安裝

在一定程度上，工作原理——絕對、表壓或差動——決定了傳感器的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)安裝在電路板或面板上時(shí)，絕對壓力傳感器可以設(shè)計(jì)為響應(yīng)施加在頂側(cè)或背面的壓力。為被測介質(zhì)創(chuàng)建一個(gè)從頂部進(jìn)入的端口可能會使傳感器容易受到物理損壞或污垢或濕氣污染等危險(xiǎn)的影響，可以選擇底部進(jìn)入傳感器來克服這一點(diǎn)。下圖比較了兩種類型的布局。

壓力傳感器的安裝圖

壓力傳感器工作原理--頂部或底部入口絕對壓力傳感器示意圖

儀表傳感器通常設(shè)計(jì)為允許大氣壓力施加到一個(gè)端口，同時(shí)允許將測量的壓力施加到另一個(gè)端口。

類似地，差分傳感器將具有兩個(gè)端口，每個(gè)被測介質(zhì)都設(shè)計(jì)為通過這些端口與傳感元件接觸，下圖比較了儀表和差動傳感器的結(jié)構(gòu)。

表壓（左）和兩端口差動（右）壓力傳感器封裝。

表壓（左）和兩端口差動（右）壓力傳感器封裝

以上就是關(guān)于壓力傳感器原理的一些分享，希望大家多多支持我。

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