压力传感器是什么？压力传感器工作原理和种类介绍

压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。
压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。-摘自JJG860-2015
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2、灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3、频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。
4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5、稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
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　　导语：压力传感器在工业中很常见，应用也十分广泛，但是说到它的种类和工作原理，大家也许就不太了解了，今天，小编就来给大家讲解压力传感器的相关知识，一起来了解它吧!

　　压力传感器是什么?

　　压力传感器就是一种对气体和液体的压力进行测量并将测量结果转化成电气信号显示出来的设备。这种设备在工业领域应用十分广泛，水利、交通、建筑、机床等行业都有所涉及，传统的压力传感器主要以大型器件构成，借助弹性构件的形状变化来测量压力的大小，这种传感器又大又重，使用起来很不方便，随着科学技术的迅速发展，半导体压力传感器应运而生，它更轻便、更准确，更能适应环境，逐渐取代了传统压力传感器。

　　压力传感器的种类和工作原理介绍

　　电阻应变片压力传感器、压阻式压力传感器、半导体应变片压力传感器、电容式压力传感器、电感式压力传感器等等都属于压力传感器的一种，这些传感器的基本原理都是一致的，只不过用来感知压力的部件和方式有所不同，其中压阻式压力传感器因为价格低廉、性能良好而被应用地最广泛。

　　★ 应变片压力传感器的工作原理

　　这种压力传感器的应变片主要是电阻应变片，电阻应变片主要由金属丝和引出线构成，金属丝的形状和长度一旦受到外力就会发生变化，这种变化会直接引起阻值的增大或减小，接着阻值的变化被转化为电气信号输出，就是我们想要的测量结果。

　　★ 陶瓷压力传感器的工作原理

　　陶瓷弹性好、抗冲击、抗磨损，性能稳定，是压力传感器的理想材料。这类传感器就是利用陶瓷作为感应膜片来感知压力的变化，陶瓷膜片把感受到的压力传导给电阻，促使成阻值发生改变，阻值的变化再被转化成电气信号的形式输出。陶瓷压力传感器测量精度高、价格便宜，它的快速发展将会逐渐取代其他传感器的使用。

　　★ 压电压力传感器的工作原理

　　这类传感器一般选用石英、磷酸二氢铵或者酒石酸钾钠作为压电材料，这些材料在受到外力作用的情况下，会引起电场的变化，传感器感知到电场的变化，再把这种变化转化成测量结果输出，这就是压电压力传感器的工作原理。这种传感器的使用具有局限性，只能用来测量动态应力，对静态应力不起作用，因此压电压力传感器多被用于汽车、飞机等动态压力的测量。

压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体，如压阻式传感器中的固态压力传感器。
压力是生产过程和航天、航空、国防工业中的重要过程参数，不仅需要对它进行快速动态测量，而且还要将测量结果作数字化显示和记录。大型炼油厂、化工厂、发电厂和钢铁厂等的自动化还需要将压力参数远距离传送，并要求把压力和其他参数，如温度、流量、粘度等一起转换为数字信号送入计算机。因此压力传感器是极受重视和发展迅速的一种传感器。
压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等。
常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器等。

最常见的几种传感器原理
您好，我是斯巴拓电子的技术人员。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面我们简单地了解一些常见压力传感器的工作原理。广州斯巴拓电子科技
1、应变片压力传感器原理
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。
金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。
通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是AD转换和CPU）显示或执行机构。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效
应。金属导体的电阻值可用下式表示：
式中：p------金属导体的电阻率(O cm2m)
S------导体的截面积(cm2)
L-----导体的长度(m)
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变压力。
2、陶瓷压力传感器原理
抗腐蚀的陶瓷压力传感器也是基于压阻效应，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻（压敏电阻）印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电
压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 3.0 3.3mVV等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定
，传感器具有很高的温度稳定性和长期稳定性，传感器通常自带温度补偿，因为压力接口是陶瓷，可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40?135°C，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度＞2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，
在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
扩散硅压力传感器工作原理也是基于压阻效应，单晶硅材料在受到外力作用产生极微小应变，其内部原子机构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）其电阻也就出现极大变化，这种物理效应称为压阻效应。利用压阻效应的原理，采集集成工艺技术经过掺杂、扩散，单晶硅晶向，制成应变电阻，构成惠斯通电桥，利用硅材料的弹性力学特性，在同一硅材料上进行各向异性微加工，就制成了一个集力敏与力电转换检测于一体的扩散硅传感器。
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生于介质压力成正比的微位移，是传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的编织测量信号。
4、蓝宝石压力传感器原理
利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象，蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；MS石有着非常好药弹性和绝缘特性（1000 0C以肖），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使存高温条件下，也有很好的工作特性；蓝宝石的抗辐命障性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
5、压电式压力传感器原理
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸一.氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以己经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。