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随着自动化技术的进步，在工业设备中，目前除了液柱式压力表和弹性压力表外，更多的是使用压力变送器和压力传感器，将压力转换成电信号。 那么这些压力变送器和压力传感器是如何将压力信号转换成电信号的呢？ 不同的转换方式有什么特点？ 今天为大家总结了几种常见压力传感器的测量原理，希望对大家有所帮助。

1.压电式压力传感器

压电式压力传感器主要是根据压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械将被测压力转换成电能，进而进行相关的测量工作。 测量精密仪器，例如许多压力变送器和压力传感器。 压电传感器不能用于静态测量，因为只有当电路具有无穷大的输入阻抗时，才能保留受到外力后的电荷。 但事实并非如此。 因此压电传感器只能用于动态测量。 其主要压电材料有：磷酸二氢铵、酒石酸钾钠和石英。 压电效应是在石英上发现的。

当应力变化时，电场的变化很小，一些其他的压电晶体将取代石英。 酒石酸钾钠具有较大的压电系数和压电灵敏度，但只能用于室内湿度和温度较低的场所。 磷酸二氢铵是一种人造晶体，可在高湿、高温环境下使用，因此应用十分广泛。 随着技术的发展，压电效应也被应用到多晶上。 例如：压电陶瓷、铌酸镁压电陶瓷、铌酸盐压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等。

基于压电效应的传感器有机电转换型和自发电型传感器。 其敏感元件由压电材料制成，当压电材料受到外力作用时压力表结构，其表面会形成电荷，电荷通过电荷放大器、测量电路的放大和阻抗的变换，并将其转换成与所受外力成正比的功率输出。 用于测量力和可以转化为力的非电物理量，如：

加速度和压力。 它具有重量轻、工作可靠、结构简单、信噪比高、灵敏度高、信号带宽宽等优点。 但它也有一些缺点：一些电压材料不允许受潮，因此需要采取一系列防潮措施，输出电流的响应比较差，因此需要电荷放大器或高输入阻抗必须用电路来弥补这个缺点。 使仪器更好地工作。

2、压阻式压力传感器

压阻式压力传感器主要是利用压阻效应。 压阻效应用于描述材料在机械应力下的电阻变化。 与上述压电效应不同，压阻效应只产生阻抗变化，不产生电荷。

大多数金属材料和半导体材料被发现具有压阻效应。 其中，半导体材料中的压阻效应远大于金属中的压阻效应。 由于硅是当今集成电路的主要组成部分，因此用硅制成的压阻元件的应用就变得非常有意义。 材料电阻的变化不仅来自与应力相关的几何变形，还来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其量级因子比金属大数百倍。 N型硅的电阻变化主要是由于三个导带谷对的位移导致载流子在不同迁移率的导带谷之间重新分布，从而改变电子在不同流动方向上的迁移率。 第二个是由于有效质量的变化与导带谷的形状变化有关。 在 p 型硅中，这种现象变得更加复杂，并且还会导致等效的质量变化和空穴转化。

压阻式压力传感器通常通过引线连接到惠斯通电桥。 正常情况下，敏感芯没有外压，电桥处于平衡状态（称为零位）。 当传感器被按下时，芯片的电阻发生变化，电桥就会失去平衡。 如果在电桥上加一个恒流或恒压电源，电桥就会输出与压力对应的电压信号，使传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。 电桥检测电阻值的变化，经过放大，再经过电压和电流的转换，变换成相应的电流信号，电流信号经过非线性校正回路补偿，即输入电压生成线性对应关系。 ~20mA标准输出信号。

为降低温度变化对铁芯电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器采用温度补偿措施，使零漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。

3、电容式压力传感器

电容式压力传感器是一种以电容作为敏感元件，将被测压力转换为电容值变化的压力传感器。 这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或金属镀膜作为电容的电极。 当薄膜受压变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容发生变化，通过测量电路输出与电压成正比的输出。 一定的电信号。 电容式压力传感器是极距可变的电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差分式电容式压力传感器。

单个电容式压力传感器由圆形薄膜和固定电极组成。 薄膜在压力作用下发生变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比，与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比. 另一种固定电极为凹球面形状，膜片是一个四周固定的张紧平面，膜片可用金属镀塑制成。 该类型适用于测量低压，具有较高的过载能力。 也可采用带活塞的可动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。 这种类型可以减少膜片的直接受压面积，从而可以使用更薄的膜片来提高灵敏度。 它还与各种补偿保护部件和放大电路封装在一起，以提高抗干扰能力。 该传感器适用于测量动态高压和飞机遥测。 单电容式压力传感器还有传声器型（即传声器型）和听诊器型。

差分电容式压力传感器有一个位于两个固定电极之间的加压膜片电极，形成两个电容器。 在压力作用下，一个电容器的容量增加，另一个相应地减小，测量结果由差分电路输出。 它的固定电极是在凹曲面玻璃表面镀上一层金属制成的。 当过载时，隔膜通过凹面防止破裂。 差分电容式压力传感器比单电容式压力传感器具有更高的灵敏度和更好的线性度，但加工难度更大（尤其难以保证对称性），不能隔离被测气体或液体，因此不适合工作在有腐蚀性或流体中有杂质的地方。

4.电磁式压力传感器

各种利用电磁原理的传感器的统称，主要有电感式压力传感器、霍尔压力传感器、涡流压力传感器等。

电感式压力传感器

电感式压力传感器的工作原理是磁性材料和导磁率不同。 当压力作用在膜片上时，气隙的大小发生变化，气隙的变化影响线圈电感的变化。 处理电路可以将电感的变化转换成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。 这种压力传感器按磁路的变化可分为可变磁阻和可变磁导率两种。 电感式压力传感器的优点是灵敏度高压力表结构，测量范围大； 缺点是不能应用于高频动态环境。

可变磁阻压力传感器的主要部件是铁芯和膜片。 它们之间的气隙形成磁路。 当有压力时，气隙的大小发生变化，即磁阻发生变化。 如果给铁芯线圈加上一定的电压，电流就会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。

在高磁通密度的情况下，铁磁材料的磁导率不稳定。 在这种情况下，可以采用可变磁导率压力传感器进行测量。 变磁导率压力传感器用可移动的磁性元件代替铁芯。 压力的变化引起磁性元件的运动，使导磁率发生变化，从而得到压力值。

霍尔压力传感器

霍尔压力传感器基于某些半导体材料的霍尔效应。 霍尔效应是指将固体导体置于磁场中，当有电流通过时，导体中的载流子受洛伦兹力偏向一侧，从而产生电压（霍尔电压）的现象。产生。 电压感应的电力与洛伦兹力平衡。 通过霍尔电压的极性，可以确认导体内部的电流是由带负电的粒子（自由电子）运动引起的。

在导体上施加垂直于电流方向的磁场，会使导线中的电子受洛伦兹力聚集，从而在电子聚集的方向产生电场，这个电场会引起后续的电子被电场力平衡磁场引起的洛伦兹力使后续电子通过而不会偏转，这称为霍尔效应。 产生的内置电压称为霍尔电压。

当磁场为交变磁场时，霍尔电动势也是同频率的交变电动势，霍尔电动势建立的时间极短，因此其响应频率高。 理想霍尔元件的材料要求具有较高的电阻率和载流子迁移率，以获得较大的霍尔电动势。 常用霍尔元件的材料多为半导体，包括N型硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）及多层半导体结构材料， N 型硅的霍尔系数、温度稳定性和线性度好，而砷化镓的温度漂移小，目前采用。

涡流压力传感器

基于涡流效应的压力传感器。 涡流效应是由运动的磁场与金属导体相交，或运动的金属导体与磁场垂直相交而产生的。 简而言之，它是由电磁感应效应引起的。 此操作会产生在导体内循环的电流。

涡流特性使涡流检测具有零频响应等特性，因此涡流压力传感器可用于静力检测。

5、振弦式压力传感器

振弦式压力传感器是一种频率敏感传感器。 这种频率测量具有很高的准确性，因为时间和频率是可以精确测量的物理参数，而频率信号可以忽略电缆在传输过程中的电阻、电感和电阻。 电容等因素。 同时，振弦式压力传感器还具有抗干扰能力强、零漂小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能稳定、数据传输、处理和存储方便，易于实现仪表数字化等特点。 ，所以振弦式压力传感器也可以作为传感器技术发展的方向之一。

振弦式压力传感器的敏感元件是张紧的钢弦，敏感元件的固有频率与张紧力有关。 弦的长度是固定的，可以通过弦振动频率的变化来衡量拉力的大小，即输入为力信号，输出为频率信号。 振弦式压力传感器由上、下两部分组成，下部分主要是敏感元件的组合。 上半部分是铝壳，里面有电子模块和接线端子，分为两个小腔室，接线时不会影响电子模块腔室的密封性。

振弦式压力传感器可选择电流输出型和频率输出型。 振弦式压力传感器工作时，振弦以其谐振频率连续振动。 当被测压力发生变化时，频率也会发生变化。 这个频率信号可以通过转换器转换成4~20mA的电流信号。