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什么是壓力傳感器？原理、分類、應(yīng)用 一文全讀
文章出處：naihcuang人氣：發(fā)表時(shí)間：2019-08-23 14:58:12
什么是壓力傳感器？
通常，壓力傳感器（有時(shí)稱為壓力傳感器或壓力變送器）用于測(cè)量流體（氣體或液體）的壓力。壓力是阻止流體膨脹所需的力的表達(dá)，并且通常以每單位面積的力來(lái)表示。壓力傳感器產(chǎn)生與施加的壓力有關(guān)的電信號(hào)。這種信號(hào)通常是數(shù)字的或模擬的，但光學(xué)，視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)也很常見(jiàn)。工業(yè)壓力傳感器，也稱為壓力傳感器，壓力變送器，壓力指示器和壓力開(kāi)關(guān)。
壓力傳感器原理
通常采用隔膜式設(shè)計(jì)，使用應(yīng)變片，應(yīng)變片粘接或擴(kuò)散到其中，在壓力引起的應(yīng)變下，電阻值發(fā)生變化。在電容技術(shù)中，壓力隔膜是電容器的單板，在壓力引起的位移下改變其值。
使用隔膜技術(shù)的壓力傳感測(cè)量隔膜兩側(cè)的壓力差。根據(jù)相關(guān)壓力，當(dāng)參考是真空時(shí)使用術(shù)語(yǔ)'絕對(duì)'; 'Gauge'（也稱為'gage'）用于參考是大氣壓力的地方; 和“差分”用于傳感器有兩個(gè)端口，用于測(cè)量?jī)煞N不同的壓力。
壓力傳感器用于各種應(yīng)用中以用于控制和監(jiān)視目的。壓力傳感器還可用于間接測(cè)量其他變量，例如流體流量，速度，水位和高度。
壓力傳感器在設(shè)計(jì)，使用的技術(shù)，性能，應(yīng)用和成本方面差異很大。在世界范圍內(nèi)，壓力傳感器設(shè)計(jì)中使用了數(shù)百種不同的技術(shù)，并且有數(shù)千種不同的壓力傳感器供應(yīng)商。
某些類型的壓力傳感器設(shè)計(jì)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量并且能夠捕獲非常高的壓力變化。這里的示例應(yīng)用是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸或燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒壓力。這些傳感器通常使用諸如石英的壓電材料制造。
一些壓力傳感器使用二進(jìn)制方法操作。在該設(shè)計(jì)中，當(dāng)壓力施加到壓力傳感器時(shí)，傳感器完成或斷開(kāi)電路。這些類型的傳感器也稱為壓力開(kāi)關(guān)。
壓力傳感器的類型
壓力傳感器可根據(jù)其測(cè)量的壓力范圍，工作溫度范圍或其測(cè)量的壓力類型進(jìn)行分類。在壓力類型方面，壓力傳感器可分為幾大類：
絕對(duì)壓力傳感器
絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量相對(duì)于理想真空壓力（0 PSI或無(wú)壓力）的壓力。參考真空，海平面的大氣壓力為101.325千帕（14.7 PSI）。
儀表壓力傳感器
儀表壓傳感器用于不同的應(yīng)用，因?yàn)樗梢员恍?zhǔn)以測(cè)量相對(duì)于給定位置處的給定大氣壓的壓力。輪胎壓力計(jì)是表壓指示的一個(gè)例子。
真空壓力傳感器
真空壓力傳感器用于測(cè)量在給定位置處小于大氣壓的壓力。
差壓傳感器
差壓傳感器或變送器測(cè)量作為傳感單元的輸入引入的兩個(gè)或更多個(gè)壓力之間的差異。例如，測(cè)量機(jī)油濾清器的壓降。差壓也用于測(cè)量加壓容器中的流量或液位。
密封式壓力傳感器
密封壓力傳感器類似于表壓傳感器，不同之處在于它已經(jīng)由制造商校準(zhǔn)以測(cè)量相對(duì)于海平面壓力的壓力。
壓力傳感器中使用的技術(shù)
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器
應(yīng)變計(jì)或箔規(guī)技術(shù)利用一些材料由于其拉伸或應(yīng)變的變化而經(jīng)歷的電阻變化。在這里，該技術(shù)使用材料在經(jīng)歷不同壓力時(shí)的電導(dǎo)率變化并計(jì)算該差異，然后將其映射到壓力變化。
應(yīng)變儀是在膜上以Z字形圖案布置的長(zhǎng)的導(dǎo)體。拉伸時(shí)，其阻力增加。應(yīng)變計(jì)安裝在與應(yīng)變相同的方向上，通常用四肢形成一個(gè)完整的“惠斯通電橋”。壓力傳感器可包含幾個(gè)類似的應(yīng)變儀元件。
光纖壓力傳感器
該技術(shù)利用光纖的特性來(lái)影響在光纖中傳播的光，使得它可以用于形成傳感器。壓力傳感器可以通過(guò)使用微型光纖干涉儀來(lái)檢測(cè)膜的納米級(jí)位移。還可以施加壓力以引起光纖損失以形成基于強(qiáng)度的傳感器。
機(jī)械撓度
該技術(shù)利用液體的機(jī)械特性來(lái)測(cè)量其壓力。例如，壓力對(duì)彈簧系統(tǒng)的影響和彈簧壓縮的變化可用于測(cè)量壓力。
半導(dǎo)體壓阻式
為了測(cè)量壓力，該技術(shù)使用由于壓力變化引起的半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化。
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）
在這里，該技術(shù)將微電子技術(shù)與微型機(jī)械系統(tǒng)（如閥門和齒輪）結(jié)合在一起，所有這些都在使用納米技術(shù)測(cè)量壓力的單個(gè)半導(dǎo)體芯片上。
振動(dòng)元件（例如硅共振）
為了計(jì)算壓力，振動(dòng)元件用于測(cè)量由于壓力變化而在不同材料元件的分子水平上的振動(dòng)變化。
可變電容
由于壓力的變化以計(jì)算壓力，該技術(shù)利用由于電容器極板之間的距離的變化引起的電容變化。
壓力傳感器應(yīng)用
壓力傳感
壓力傳感器用于各種應(yīng)用中。當(dāng)直接用于測(cè)量壓力時(shí)，應(yīng)用包括氣象儀表，航空航天和國(guó)防，研究和開(kāi)發(fā)，汽車和許多其他具有壓力功能的機(jī)械或設(shè)備。
壓力傳感器的潛在用途是液壓系統(tǒng)，水深，氣動(dòng)，船舶，污水，天然氣，醫(yī)療，食品和飲料加工，罐級(jí)/內(nèi)容，HVAC系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)設(shè)備，航空航天和化學(xué)品。
壓力傳感器的其他特殊版本很常見(jiàn)，包括高溫壓力傳感器，三合一壓力傳感器，ATEX認(rèn)證的壓力傳感器，衛(wèi)生壓力傳感器和現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)壓力傳感器。陶瓷壓力傳感器膠囊，低成本箔應(yīng)變計(jì)型壓力傳感器，深度/液位變送器，差壓變送器（濕/濕型和干燥空氣/氣體型）是其他流行的變型。
流量傳感
這里，壓力傳感器利用文丘里效應(yīng)來(lái)測(cè)量流量。在具有不同孔徑的文丘里管的兩個(gè)區(qū)段之間測(cè)量差壓。兩個(gè)區(qū)段之間的壓力差與通過(guò)文丘里管的流速成正比。由于壓力差相對(duì)較小，因此幾乎總是需要低壓傳感器。
高度感應(yīng)
這在商用和軍用飛機(jī)，火箭，衛(wèi)星和氣象儀器中很有用。這些類型的應(yīng)用都利用壓力相對(duì)于海拔的變化之間的關(guān)系。
通常，壓力傳感器（有時(shí)稱為壓力傳感器或壓力變送器）用于測(cè)量流體（氣體或液體）的壓力。壓力是阻止流體膨脹所需的力的表達(dá)，并且通常以每單位面積的力來(lái)表示。壓力傳感器產(chǎn)生與施加的壓力有關(guān)的電信號(hào)。這種信號(hào)通常是數(shù)字的或模擬的，但光學(xué)，視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信號(hào)也很常見(jiàn)。工業(yè)壓力傳感器，也稱為壓力傳感器，壓力變送器，壓力指示器和壓力開(kāi)關(guān)。
壓力傳感器原理
通常采用隔膜式設(shè)計(jì)，使用應(yīng)變片，應(yīng)變片粘接或擴(kuò)散到其中，在壓力引起的應(yīng)變下，電阻值發(fā)生變化。在電容技術(shù)中，壓力隔膜是電容器的單板，在壓力引起的位移下改變其值。
使用隔膜技術(shù)的壓力傳感測(cè)量隔膜兩側(cè)的壓力差。根據(jù)相關(guān)壓力，當(dāng)參考是真空時(shí)使用術(shù)語(yǔ)'絕對(duì)'; 'Gauge'（也稱為'gage'）用于參考是大氣壓力的地方; 和“差分”用于傳感器有兩個(gè)端口，用于測(cè)量?jī)煞N不同的壓力。
壓力傳感器用于各種應(yīng)用中以用于控制和監(jiān)視目的。壓力傳感器還可用于間接測(cè)量其他變量，例如流體流量，速度，水位和高度。
壓力傳感器在設(shè)計(jì)，使用的技術(shù)，性能，應(yīng)用和成本方面差異很大。在世界范圍內(nèi)，壓力傳感器設(shè)計(jì)中使用了數(shù)百種不同的技術(shù)，并且有數(shù)千種不同的壓力傳感器供應(yīng)商。
某些類型的壓力傳感器設(shè)計(jì)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量并且能夠捕獲非常高的壓力變化。這里的示例應(yīng)用是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸或燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒壓力。這些傳感器通常使用諸如石英的壓電材料制造。
一些壓力傳感器使用二進(jìn)制方法操作。在該設(shè)計(jì)中，當(dāng)壓力施加到壓力傳感器時(shí)，傳感器完成或斷開(kāi)電路。這些類型的傳感器也稱為壓力開(kāi)關(guān)。
壓力傳感器的類型
壓力傳感器可根據(jù)其測(cè)量的壓力范圍，工作溫度范圍或其測(cè)量的壓力類型進(jìn)行分類。在壓力類型方面，壓力傳感器可分為幾大類：
絕對(duì)壓力傳感器
絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量相對(duì)于理想真空壓力（0 PSI或無(wú)壓力）的壓力。參考真空，海平面的大氣壓力為101.325千帕（14.7 PSI）。
儀表壓力傳感器
儀表壓傳感器用于不同的應(yīng)用，因?yàn)樗梢员恍?zhǔn)以測(cè)量相對(duì)于給定位置處的給定大氣壓的壓力。輪胎壓力計(jì)是表壓指示的一個(gè)例子。
真空壓力傳感器
真空壓力傳感器用于測(cè)量在給定位置處小于大氣壓的壓力。
差壓傳感器
差壓傳感器或變送器測(cè)量作為傳感單元的輸入引入的兩個(gè)或更多個(gè)壓力之間的差異。例如，測(cè)量機(jī)油濾清器的壓降。差壓也用于測(cè)量加壓容器中的流量或液位。
密封式壓力傳感器
密封壓力傳感器類似于表壓傳感器，不同之處在于它已經(jīng)由制造商校準(zhǔn)以測(cè)量相對(duì)于海平面壓力的壓力。
壓力傳感器中使用的技術(shù)
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器
應(yīng)變計(jì)或箔規(guī)技術(shù)利用一些材料由于其拉伸或應(yīng)變的變化而經(jīng)歷的電阻變化。在這里，該技術(shù)使用材料在經(jīng)歷不同壓力時(shí)的電導(dǎo)率變化并計(jì)算該差異，然后將其映射到壓力變化。
應(yīng)變儀是在膜上以Z字形圖案布置的長(zhǎng)的導(dǎo)體。拉伸時(shí)，其阻力增加。應(yīng)變計(jì)安裝在與應(yīng)變相同的方向上，通常用四肢形成一個(gè)完整的“惠斯通電橋”。壓力傳感器可包含幾個(gè)類似的應(yīng)變儀元件。
光纖壓力傳感器
該技術(shù)利用光纖的特性來(lái)影響在光纖中傳播的光，使得它可以用于形成傳感器。壓力傳感器可以通過(guò)使用微型光纖干涉儀來(lái)檢測(cè)膜的納米級(jí)位移。還可以施加壓力以引起光纖損失以形成基于強(qiáng)度的傳感器。
機(jī)械撓度
該技術(shù)利用液體的機(jī)械特性來(lái)測(cè)量其壓力。例如，壓力對(duì)彈簧系統(tǒng)的影響和彈簧壓縮的變化可用于測(cè)量壓力。
半導(dǎo)體壓阻式
為了測(cè)量壓力，該技術(shù)使用由于壓力變化引起的半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化。
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）
在這里，該技術(shù)將微電子技術(shù)與微型機(jī)械系統(tǒng)（如閥門和齒輪）結(jié)合在一起，所有這些都在使用納米技術(shù)測(cè)量壓力的單個(gè)半導(dǎo)體芯片上。
振動(dòng)元件（例如硅共振）
為了計(jì)算壓力，振動(dòng)元件用于測(cè)量由于壓力變化而在不同材料元件的分子水平上的振動(dòng)變化。
可變電容
由于壓力的變化以計(jì)算壓力，該技術(shù)利用由于電容器極板之間的距離的變化引起的電容變化。
壓力傳感器應(yīng)用
壓力傳感
壓力傳感器用于各種應(yīng)用中。當(dāng)直接用于測(cè)量壓力時(shí)，應(yīng)用包括氣象儀表，航空航天和國(guó)防，研究和開(kāi)發(fā)，汽車和許多其他具有壓力功能的機(jī)械或設(shè)備。
壓力傳感器的潛在用途是液壓系統(tǒng)，水深，氣動(dòng)，船舶，污水，天然氣，醫(yī)療，食品和飲料加工，罐級(jí)/內(nèi)容，HVAC系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)設(shè)備，航空航天和化學(xué)品。
壓力傳感器的其他特殊版本很常見(jiàn)，包括高溫壓力傳感器，三合一壓力傳感器，ATEX認(rèn)證的壓力傳感器，衛(wèi)生壓力傳感器和現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)壓力傳感器。陶瓷壓力傳感器膠囊，低成本箔應(yīng)變計(jì)型壓力傳感器，深度/液位變送器，差壓變送器（濕/濕型和干燥空氣/氣體型）是其他流行的變型。
流量傳感
這里，壓力傳感器利用文丘里效應(yīng)來(lái)測(cè)量流量。在具有不同孔徑的文丘里管的兩個(gè)區(qū)段之間測(cè)量差壓。兩個(gè)區(qū)段之間的壓力差與通過(guò)文丘里管的流速成正比。由于壓力差相對(duì)較小，因此幾乎總是需要低壓傳感器。
高度感應(yīng)
這在商用和軍用飛機(jī)，火箭，衛(wèi)星和氣象儀器中很有用。這些類型的應(yīng)用都利用壓力相對(duì)于海拔的變化之間的關(guān)系。
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