壓力傳感器是工業(yè)實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、機床、管道等眾多行業(yè)。

壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同根據(jù)不同的分類標準可以分成不同種類。今天小明就來跟大家分享一下最為常見的四種壓力傳感器。

什么是壓力傳感器？

壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。

壓電壓力傳感器

原理：主要由于壓電效應(yīng)的產(chǎn)生形成的原理情況。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，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失。

高溫就是所謂的距離點，由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小，即壓電系數(shù)較低，石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。壓電效應(yīng)應(yīng)用在多晶體上，如壓電陶瓷，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。

（a）正壓電效應(yīng) （b）負壓電效應(yīng)

應(yīng)用：壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。壓電式傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(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。它也可以被用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量；用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。

它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。比如在生物醫(yī)學(xué)測量中，心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的。

應(yīng)變片壓力傳感器

電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

通常將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。

這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。

陶瓷壓力傳感器

原理：陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng)，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)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0~70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

應(yīng)用：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(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40~135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。

高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的一大發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也有越來越多的用戶使用陶瓷傳感器來替代擴散硅壓力傳感器。

藍寶石壓力傳感器

原理：利用應(yīng)變電阻式工作，采用硅-藍寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出。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，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達到壓力測量的目的。

利用硅-藍寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性;藍寶石的抗輻射特性強;另外，硅-藍寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移。

傳統(tǒng)的壓力傳感器以機械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運而生。其特點是體積小、質(zhì)量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。