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压力测量作为最常见的物理量，在不同领域有着不同的应用。 设计工程师需要熟悉几种不同的技术，以便为他们的站点选择合适的产品。

自重测试仪。 自重测试仪或活塞式压力计是最基本的压力测量技术，广泛用于压力传感器的校准。 该设备通过使用活塞对流体（通常是液体）施加压力来校准重量（质量）。 活塞式测试仪可用于初级标准，因为影响精度的因素来自质量、长度和时间标准。 活塞式压力计操作简单； 通过旋转螺旋千斤顶减少测试目标内的流体体积来产生压力。 当体积减小产生的压力略高于活塞上的总质量时，活塞上升，直到表压与活塞底部的压力平衡且恰好相等。 系统压力为：P = W/A (1)

此处：W=活塞总重量加重量，A=活塞有效面积。

通过改变活塞的面积和砝码的重量可以测量各种压力范围。 对于高精度、精密的压力秤，需要采用多种校正方法，必须确定砝码的准确面积和重量，最关心的是程序。 显然，这种方法不适用于日常压力测量。

1、液滴-压力表

液柱的高度或两个液柱的高度差可以用来测量U型压力表的压降。 如果液体装在开口的 U 型管中，则每一侧的液面都相同。 当向一侧施加压力时，其液面会下降，而另一侧的液面会上升，直到液面差与所施加的压力相等。 高度差与流体的压力和密度成正比。 U 型管压力计是压力测量的主要标准。

虽然这些压力计只是简单地由玻璃制成的 U 形管形成，并使用参考刻度测量高度，但在尺寸、形状和材料方面存在各种变化。 如果左侧接测量点，右侧通气，则压力表会指示表压，正压或负压（真空）。 可以通过将管道的一条腿连接到测量点来测量压差。 绝对压力可以通过参考面的溢流来判断。 水银气压计是指示大气压力的绝对压力的示例。

在某些型号中，U 形管的两条腿具有不同的直径。 有些型号在“溢流”侧配置了大直径。 另一方面，某些 U 型管倾向于提供更方便的读数解决方案。 但它们的工作原理都是一样的。 由于安装和观察方面的几何限制限制了它们的应用，因此这种压力计对于大多数压力测量来说并不实用。

1.力求求和设备

机械压力表和机电一体化压力传感器都包含一个称为力求和装置的弹性元件，该元件会根据施加的压力发生变形。

然后将变形转换为位移。 目前广泛使用的各种力求装置大多是布尔登管和隔膜。 布尔登管提供机械仪表中的大范围位移运动，而隔膜提供更适合机电传感器的小范围位移。

力求和装置的运动可以连接到带有线性差动器的变送器，其工作方式类似于机电开关元件。 作为一种选择，它通常可以通过运动放大机制连接到电位计的滑动器。 为了减小加速度误差，在使用过程中需要提供平衡块。

2.机械压力表

在机械表中，力求和装置产生的运动通过机械连接转换为数字信号或指示器的动作。 更好的压力表提供零位、跨度、线性调整，有时还提供机械秤的温度补偿。 高精度压力表采用特殊材料，平衡运动，补偿计算，镜像刻度，刀口指示器和改进的扩展刻度，读数准确。 大多数精密机械压力表和测试表在压力校准中用于标准转换，但它们并不适用于实际需要的遥感、监测或记录。 这种机械耦合也受到动态压力测量的频率响应的限制。

3、机电式压力传感器

机电压力传感器或压力传感器将力求和装置产生的运动转换为电信号。 这些传感器非常实用，比机械压力表更有用，尤其是在需要数字信号的现场和控制系统应用中。 在设计良好的转换器中，电输出直接转换每个压力范围的比例电能。 对于快速变形动压测量系统，换能器的频率特性尤为重要。

2、压力传感器的种类

压力传感器分为各种参考压力选择装置：表压型（psig）、绝压型（psia）、差压型（psid）和密封压力型（psis）。 各种类型的力求和装置将压力信号转换成位移，然后通过几种转换方法将位移转换成电信号。 最常见的是应变仪、可变电容器和压电器件。

1.应变计变压器

应变片传感器基于金属和硅半导体应变片的原理。 这种测量装置离散地分布在受力元件或自由传感装置的表面上。 被测材料可以喷涂在隔膜上或扩散到硅隔膜结构中。 应变片传感器中最常用的力求和装置是隔膜，它通常是平铺和蚀刻的。 应变计也用于波登管和波纹管组件。

当施加应力时，应变片材料的电阻会发生显着变化。 变化是由三种效应的累积效应决定的。 首先，随着导体长度的变化，它会经历与长度变化大致成正比的阻抗变化。 其次，受泊松效应一致性的影响，导体长度的变化会引起其横截面积的变化，以及与变化面积成正比的阻抗变化。 第三，材料的压阻特性，大多数材料的压阻系数在施加应力时是可变的。 这三种特性存在于所有应变片材料中，但不同材料的压阻效应差异很大。

金属应变片是由金属丝网或金属薄板构成的图案，背衬特殊材料并覆盖有保护膜。

这种设计允许在小区域内使用灵活的长度（大 R）。 它们由具有高压阻效应的特殊合金制成。 硅应变计涂有压阻材料，以实现压阻效应和热阻效应的理想匹配。 应变片材料可以通过其应力敏感性来表征，但是一旦构建了应变片，它们的特性就可以用“应力因子”来表示，“应力因子”被定义为阻抗的相关变化除以应力。

2. 粘合应变片

分立的金属或硅应变计通常粘合（粘附）到表面以测量应力，产生与它们作用区域的平均应力成比例的输出。 典型的应变因子约为 2； 1µin/in 的应变将产生 2µin/in 的变化。 未应变阻抗从 120 到几百欧姆不等。 由于金属线和金属片的长度或高度是无应变阻抗的必要参数，因此金属应变片的体积不能做得太小。

电线的一半被拉伸，而另一半则较短。 free型与bound型相比的主要优势是应力因子高，可以达到3。由于没有胶合要求，他们可以设计和制造可用于高温应用的产品。 自由曲面应变片的发展趋势是大体积。

3. 飞溅应变计

可以在非导电膜片上溅射应变计材料以形成应变计。 位置和方向可以通过掩模控制，溅射工艺产生的分子结合可以消除粘合剂结合中出现的任何问题。 应变计系数类似于自由形式的应变计。 表面处理和其他过程控制的要求对该产品非常苛刻。 生产产品具有硅振膜优良的线性度和高性能频率等优点以及金属表的优良温度特性。

3、半导体应变片

这些设备由半导体硅制成。 它们的应变系数取决于掺杂量 - 非常弱的掺杂、高电阻率材料将导致更高的应变系数。 但是，它也具有很高的热敏感性，这导致阻抗和应变系数受温度的影响很大。 大多数掺杂硅应变计能够形成 100–200 的应变系数，该范围不受温度的显着影响。 分散硅应变片可以精确地用作金属应变片，粘合到需要测试的应力点的表面，以提供对压力测量的最大灵敏度。 此外，对于更高的应变系数（可以提供更高的灵敏度），这种配置具有更小的尺寸，允许小型化结构。

1. 绑定离散硅应变计

早期的硅应变计变送器使用粘合到受力元件表面的离散硅应变计。 这些设备类似于绑定金属应变仪，但硅应变仪提供更宽的输出范围和更低的温度误差。 此外，硅应变片比金属应变片更小，可以生产更小的产品。

2.扩散膜片传感器

分立式应变计，无论是金属的还是硅的，都需要复杂的微组件进行组装，但扩散膜片传感器可以使用半导体掩模工艺技术制造。 这种方法的线性度和灵敏度的选择提供了应变位置和方向的精确定位，允许超小型生产并降低组装成本。 它还消除了粘合和应用中出现的变量。

3.隔膜蚀刻传感器

早期的扩散硅膜片压力变送器使用厚度均匀的简单扁平硅膜片。 当前的硅制造技术 (MEMS) 允许隔膜的机械设计具有更大的灵活性。 各向异性蚀刻提供了对硅晶体蚀刻方向的精细控制。 还可以制造非常小且形状复杂的结构，使振膜的形状具有所需的线性度、灵敏度和频率响应特性组合。

4.可变容性变换器

当电容板被相关联的其他组件替换时，两个板之间的电容会发生变化。 如果板是压力传感器的薄膜，则电容与施加在其上的压力有关。 可以通过改变振荡器的频率或通过桥式电路检测来改变容量的变化。 如果绝缘材料保持不变精密压力表技术报告，则该设备形成一个非常可重复的换能器。 其主要优点是低滞后、出色的线性度、稳定性和可重复性、静态压力测量能力和精确的数字输出。 它的缺点是需要复杂的电路结构。

4.压电换能器

压电 (PE) 压力传感器，它使用堆叠的压电晶体或陶瓷元件将力求和装置的运动转换为电输出。 石英、电气石和其他几种天然晶体在受到压力时会产生电荷。 特别是陶瓷，可以像压电体一样人工极化，比天然水晶具有更高的灵敏度。 与应变传感器不同，PE 设备不需要外部激励源。 由于其高输出阻抗和低信号电平，它们只需要特殊的信号调节元件，例如静电放大器和噪声屏蔽电缆。

因此，PE 转换器（ICP 或电压模式）的设计需要在转换器外壳中包含完整的前置放大器。 在使用中，输出被放大（毫伏）成低阻抗电信号，这大大减少了电缆引​​起的问题并简化了信号调理。 集成放大器需要外部恒流源，使用与信号电路相同的双导体。 信号调理器隔离电压源影响并通过模块化电容器传输交流信号。

由于 PE 转换器是自生的，根据应力的变化产生电荷，因此它们不能使用直流电源或稳态稳压器。 它们固有地具有受信号调理器的低频时间常数影响的低频衰减截止频率。

它们的主要优点是坚固耐用、无需集成电子设备以及能够在高温领域使用。 然而，如果没有适当的温度补偿，它们对冲击和振动以及温度变化的敏感性是不容易消除的。

1.其他电化学传感器

事实上，每一种将运动转化为电信号的技术都有一定的缺点，例如可变阻抗、力平衡、改变导线、振动圆柱体和探头、压电薄膜和霍尔效应等。 在设备设计中尝试一下。 目前，也出现了多种光纤传感器。 该技术利用发射率、相位系数和微变形的变化，将感知到的压力转化为光信号的变化，被激发并通过光纤传输信号。 这些传感器具有用于高振幅电磁场或脉冲环境的优势。 一些“混合”系统使用传统的转换器，然后将电输出转换为光信号以进行光纤传输。

2.扫描仪

多通道扫描压力测量系统是多点测量的最佳选择。 有两种类型，机械式和电子式。 机械扫描仪只有一个传感器，它以机械方式从每个测量点连续向传感器发送数据。 电子扫描仪在一个通用结构中采用许多传感器，这些传感器可以电子方式并以多个时间序列将数据传输到采集设备。 在这两种类型中精密压力表技术报告，管道中在测量点处产生的压力都会传输到传感器。

3、压力扫描阀

压力扫描阀是一种气动开关，可将压力从多个通道顺序发送到信号传感器。 最常见的设计是使用相对旋转的部件进行表面拍打表匹配。 为了尽量减少压力变化对目标气体体积的影响，可以将传感器直接安装在靠近阀门的位置。 阀转子由步进电机驱动，阀位由旋转编码器指示。 通过向与系统相关的一个或多个端口提供已知的精确压力，可以定期校准产品。 最大扫描速率取决于所需的精度。 如果每个测量点保持在压力平衡中的时间足够长，则精度就是传感器的精度。 平衡时间是移动体积和压力变化量的函数。 气动和喷气发动机的典型扫描速率为每秒 5-10 个测量点。 多通道扫描仪可以按顺序提供快速高效的扫描率。

4.电子压力扫描仪

在一个测量系统中结合微型半导体应变仪和固态电子多路复用可以提供比机械扫描仪更高的扫描速率。 多路复用器、低功率多路复用器和仪表放大器阵列位于一个共腔中，可以弥补典型系统的缺点。 一些系统还包括气动阀，可以自动将目标切换到每个传感器以随时校准压力。 校准压力可以通过多种形式进行校准。 由于机械开关是无压力的，因此在移动量稳定时无需延迟测量。 每个转换器始终处于测量状态，其输出可以通过电子多路复用器进行扫描来定期采样。 扫描速度为 10,000 到 20,000sps。 当然，测量点与传感器之间的连接管道仍需要低通滤波器。