壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器,，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境,，涉及水利水電、鐵路交通,、智能建筑,、生產(chǎn)自控、航空航天,、軍工,、石化、油井,、電力,、船舶、機(jī)床,、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用,。

　　力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多,，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器,、壓阻式壓力傳感器,、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器,、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等,。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性,。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器,。

　　在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件,。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件,。

　　金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　如圖１　所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖,，它由基體材料,、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣　保護(hù)片和引出線等部分組成,。根據(jù)不同的用途,，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電　阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小,，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大,，同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應(yīng)變片的阻值變化太大,，輸出零點(diǎn)漂移明顯,，調(diào)零電路過(guò)于復(fù)　雜。而電阻太大,，阻抗太高,，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右,。

　　電阻應(yīng)變片的工作原理

　　我們知道,，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的,。某些晶體介質(zhì),，當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，就產(chǎn)生了極化效應(yīng),；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后,，又會(huì)重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時(shí)候,，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng),，這就是所謂的極化效應(yīng)?？茖W(xué)家就是根據(jù)這個(gè)效應(yīng)研制出了壓力傳感器,。　　　壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英,、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺,。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,，在一定的溫度范圍之內(nèi),，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后,，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）,。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微小（也就說(shuō)壓電系數(shù)比較低）,，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代,。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用,。磷酸二氫胺屬于人造晶體,，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,。

　　金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,，俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng),。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：

　　式中：ρ－－金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。ｃｍ２／ｍ?。?/p>

　?。印。瓕?dǎo)體的截面積（ｃｍ２?。?/p>

　?。獭。瓕?dǎo)體的長(zhǎng)度（ｍ?。?/p>

　　我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例,，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化,，　從上式中可很容易看出,，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí),，其長(zhǎng)度增加,，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大,。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí),，長(zhǎng)度減小而截面增　加，電阻值則會(huì)減小,。只要測(cè)出加在電阻的變化（通常是測(cè)量電阻兩端的電壓），即可獲得　應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情

　?。病?、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

　　抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,，使膜片產(chǎn)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(gè)惠斯通電橋（閉橋）,，由于　壓敏電阻的壓阻效應(yīng),，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電　壓信號(hào),，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為２．０?。。常啊,。,。常场。恚郑值?，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容,。

　　陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損,、抗沖擊和振動(dòng)的材料,。

　　３　、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用

　　工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷）,，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化,，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào),。

　　原理圖

　　４　,、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用

　　利用應(yīng)變電阻式工作原理,，采用硅－　藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性,。

　　藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象,；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固,，硬度更高，不怕形變,；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（１０００?。希谩∫?xún)?nèi)），因此,，利用硅－　藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,，對(duì)溫度變化不敏感，即使在高溫條件下,，也有著很好的工作特性,；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外,，硅－　藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件,，無(wú)ｐ－ｎ　漂移，被焊接在鈦合金測(cè)量膜片上,。被測(cè)壓力傳送到接　收膜片上（接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起）,。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變,，該形變被硅－　藍(lán)寶石敏感元件感知后,，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變化的幅度與被測(cè)壓力成正比,。

　　傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電,，并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（０－５　,，４－２０ｍＡ或０－５Ｖ）。在絕壓壓力傳感器和變送器中,，藍(lán)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,，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變,，從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的。

　　５　,、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用

　　壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英,、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體,，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在,，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后,，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用,。磷酸二氫胺能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,。

　　現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷,、ＰＺＴ　,、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等,。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量,，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷,，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力,。

　　壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度,、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì),。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、體積小、重量輕,、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn),。壓電式加速度傳感器在飛機(jī),、汽車(chē)、船舶,、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。它既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力,，也可以用來(lái)測(cè)量微小壓力,。

　　壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，比如說(shuō)心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,，因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍,，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。