流程工業和工程工業中壓力無處不在，所以壓力傳感器自然成為了工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生産自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等衆多行業。

壓力傳感器是将壓力轉換為電信号輸出的傳感器。在講述壓力傳感器的同時，我們必須導出壓力變送器的概念。

通常變送由兩部分組成，即分别是敏感元件和轉換元件。其中敏感元件是指傳感器中能夠直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指傳感器中将敏感元件感受或響應的被測量的應變轉換成适于傳輸或測量的電信号部分。

由于傳感器的輸出信号一般很微弱，需要将其調制與放大。随着集成技術的發展，人們又将這部分電路及電源等電路也一起裝在傳感器内部。這樣，變送器就可以輸出便于處理、傳輸的可用信号。而在以前技術相對落後時，所謂的傳感器是指上文中的敏感元件，而變送器就是上文中的轉換元件。

壓力傳感器一般是指将變化的壓力信号轉換成對應變化的電阻信号或電容信号的敏感元件，如：壓阻元件，壓容元件等。而壓力變送器一般是指，壓敏元件與調理電路共同組成的測量壓力的整套電路單元，一般能直接輸出與壓力成線性關系的标準電壓信号或電流信号，供儀表、PLC、采集卡等設備直接采集。

壓力傳感器的分類

壓力傳感器的種類繁多，如壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、電阻應變式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器、薄膜壓力傳感器等。

目前應用較為廣泛的壓力傳感器有：擴散矽壓阻式壓力傳感器、陶瓷壓阻式壓力傳感器、濺射薄膜壓力傳感器、電容式壓力傳感器、耐高溫特性的藍寶石壓力傳感器。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。

一、壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器傳感器采用集成工藝将電阻條集成在單晶矽膜片上,制成矽壓阻芯片,并将此芯片的周邊固定封裝于外殼之内，引出電極引線。提到壓阻式傳感器，首先得講到它的原理——壓阻效應。

壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所産生的電阻變化。不同于壓電效應，壓阻效應隻産生阻抗變化，并不會産生電荷。

原理圖如上，當壓力變化時，電阻R1,R2,R3,R4發生變化，從而引發加載在電阻中間的電壓發生變化，這種變化反映出壓力值。

壓阻式傳感器又稱為擴散矽壓阻式壓力傳感器，被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不鏽鋼或陶瓷），使膜片産生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的标準測量信号。

陶瓷壓力傳感器抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片産生微小的形變，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，使電橋産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号，标準的信号根據壓力量程的不同标定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光标定，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。

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範圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣強度2kV，輸出信号強，長期穩定性好。

二、壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應。壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其内部會産生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後，它又會恢複到不帶電的狀态，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也随之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉後，電介質的變形随之消失，這種現象稱為逆壓電效應。

壓電式壓力傳感器的種類和型号繁多，按彈性敏感元件和受力機構的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片将被測壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關系的電信号。這種傳感器的特點是體積小、動态特性好、耐高溫等。現代測量技術對傳感器的性能提出越來越高的要求。

例如用壓力傳感器測量繪制内燃機示功圖，在測量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料最适合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應就是在它上面發現。比較有效的辦法是選擇适合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（ 20°～ 30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居裡點高達1210℃，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。

三、電阻應變式壓力傳感器

電阻應變式壓力傳感器将電阻應變片粘貼在彈性元件特定表面上，當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于彈性元件時，會導緻元件應力和應變的變化，進而引起電阻應變片電阻的變化。電阻的變化經電路處理後的以電信号的方式輸出，這就是電阻應變片傳感器的工作原理。

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。通常是将應變片通過特殊的粘合劑緊密地粘合在産生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起産生形變，使應變片的阻值發生改變，從而施加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時産生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過後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。

半導體應變片是利用半導體單晶矽的壓阻效應制成的一種敏感元件。半導體應變片需要粘貼在試件上，測量試件應變或粘貼在彈性敏感元件上間接地感受被測外力。利用不同構形的彈性敏感元件可測量各種物體的應力、應變、壓力、扭矩、加速度等機械量。半導體應變片與電阻應變片相比，具有靈敏系數高（約高50～100倍）、機械滞後小、體積小、耗電少等優點。

四、電感式壓力傳感器

電感式壓力傳感器是用電感線圈電感量變化來測量壓力的儀表。常見的有氣隙式和差動變壓器式兩種結構形式。

氣隙式的工作原理是被測壓力作用在膜片上使之産生位移，引起差動電感線圈的磁路磁阻發生變化，這時膜片距磁心的氣隙一邊增加，另一邊減少，電感量則一邊減少.另一邊增加，由此構成電感差動變化，通過電感組成的電橋輸出一個與被測壓力相對應的交流電壓。具有體積小、結構簡單等優點，适宜在有振動或沖擊的環境中使用。

差動變壓器式的工作原理是被側壓力作用在彈簧管_L，使之産生與壓力成正比的位移，同時帶動連接在彈簧管末端的鐵心移動，使差動變壓器的兩個對稱的和反向串接的次級繞組失去平衡，輸出一個與被測壓力成正比的電壓.也可以輸出标準電流信号與電動單元組合儀表聯用構成自動控制系統。

五、電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器是利用電容敏感元件将被測壓力轉換成與之成一定關系的電量輸出的壓力傳感器。特點是，低的輸入力和侏儒能量，高動态響應，小的自然效應，環境适應性好。

它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關系的電信号。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大緻與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。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，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式适于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗幹擾能力。這種傳感器适于測量動态高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。

差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間,構成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應減小，測量結果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不緻破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特别是難以保證對稱性），而且不能實現對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質的流體中。

六、諧振式壓力傳感器

利用諧振元件把被測壓力轉換成頻率信号的壓力傳感器。它是諧振式傳感器的重要應用方面，主要有振弦式壓力傳感器、振筒式壓力傳感器、振膜式壓力傳感器和石英晶體諧振式壓力傳感器。

當被測參量發生變化時，振動元件的固有振動頻率随之改變，通過相應的測量電路，就可得到與被測參量成一定關系的電信号。其優點是體積小、重量輕、結構緊湊、分辨率高、精度高以及便于數據傳輸、處理和存儲等。

七、薄膜壓力傳感器

濺射薄膜壓力傳感器也是利用電阻應變效應工作的，與傳統應變式壓力傳感器屬于同一原理。兩者的主要差别制作工藝上。濺射薄膜壓力傳感器延用了測量壓力的金屬彈性膜片原理，應用離子束濺射和刻蝕工藝，将應變電橋直接制作在金屬測壓膜上，由于沒有活動部件，抗震動和抗沖擊能力很強，可用于惡劣的環境。

采用矽-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：钛合金測量膜片和钛合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在钛合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉杆堅固地連接在一起）。在壓力的作用下，钛合金接收膜片産生形變，該形變被矽-藍寶石敏感元件感知後，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并将應變電橋的失衡信号轉換為統一的電信号輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。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，将被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滞後、疲勞和蠕變現象；藍寶石比矽要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有着非常好的彈性和絕緣特性（1000OC以内），因此，利用矽-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有着很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性極強；另外，矽-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重複性，确保了高成品率。

用矽-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。壓力傳感器在工業應用中最為廣泛，它同時還面臨着選型優化、安裝檢測、故障排除、零點漂移等使用的問題。

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