什么是压力传感器？压力传感器的应用及原理

什么是压力传感器？

压力传感器

压力传感器是一种测量气体、液体等压力的装置。

测量部分将压力引起的变化转换成电信号并输出压力。典型的测量部件是量规型。

表式压力传感器包括半导体压力计、应变计和金属薄膜压力传感器。测量时的压力标准可以设置为大气压、绝对压力或任何其他标准。

压力传感器在许多工业过程中用于测量管道和设备内的压力。

有必要选择合适的压力传感器，考虑压力范围、使用的气体或液体的类型、使用的温度及其耐用性。

压力传感器的应用范围很广，如下所示。

表压型压力传感器通过检测膜片变形来测量压力。检测方法有多种类型，包括半导体计式、应变计式、金属薄膜式。

膜片表面放置四个量规电阻，当膜片因压力而变形时，电阻值会发生变化。四个测量电阻组装成桥式电路，电阻的变化作为电压输出。

半导体表压传感器使用半导体本身作为隔膜，并利用压电效应测量压力，压电效应是半导体受到压力时电阻发生变化的特性。抗压变化比其他方法大得多，并且可以制造坚固的隔膜，使设备高度耐用。

应变计压力传感器使用连接到隔膜背面的应变计来测量应变计电阻的变化。应变片是利用金属变形时电阻发生变化的特性来测量应变，并通过应变与压力匹配来输出压力的装置。

金属薄膜压力传感器通过在隔膜上形成金属薄膜并测量因压力而变形的金属薄膜的电阻变化来测量压力。其特点是比应变片式灵敏度更高，可以在高温下使用。

除表压式压力传感器外，还有电容式、光纤式、振动式压力传感器。

电容法检测固定电极和隔膜电极之间的电容。隔膜的位移会随着压力的变化而变形，通过电容的变化来测量并转换为压力。适用于测量多种气体或混合气体的压力。

在光纤型中，当对隔膜施加压力时，光纤尖端的衍射光栅发生变形，并测量反射光的波长的变化。它可以测量高温和高精度，用于测量熔融树脂的压力和体内的血压。

振动型是将振动器安装在硅膜片芯片上，当膜片因压力而变形时，振动器的固有频率会发生变化。检测振动频率的变化并将其转换为压力。具有高精度、高灵敏度、高分辨率等特点。

压力传感器的应用示例之一是压力传感器垫。压力传感器垫旨在放置在地板上，并且通常呈薄垫的形式。

压力传感器垫的应用示例包括检测进入高度安全的房间和检测进入工厂的危险区域。当入侵者踩在压力传感器垫上时，可以根据压力传感器检测到的信息发出蜂鸣器或打开灯。

此外，通过在设施房间和房屋入口处安装压力传感器垫，可以知道痴呆症患者何时需要外出。

汽车压力传感器用于精确测量液体、气体等的压力，以提高燃油效率。汽车中使用的压力传感器体积小、测量精度高，并且使用环境恶劣，因此经常使用采用压敏电阻的半导体表压传感器。

汽车压力传感器需要在 -30°C 至 150°C 的温度范围内长期可靠且高精度地工作，并且根据其使用地点，温度超过 300°C。此外，由于柴油发动机需要在极高的压力下压缩燃油和空气的混合物，因此压力传感器需要能够精确测量高达 200 MPa 的压力。