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賀德克壓力傳感器和工業壓力傳感器實際應用
點擊次數：913 發布時間：2017-8-18
賀德克壓力傳感器和工業壓力傳感器實際應用
壓力傳感器實際應用傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價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傳感器。[1]
在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用zui多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉換和CPU ）顯示或執行機構。
醫學常用的壓力參數有：血壓、顱內壓、眼內壓、腸內壓、肺泡壓等，其中zui常規的測量內容是血壓（Blood Pressure ,BP）。醫學上測量的血壓有動脈壓、靜脈壓和心內壓（包括心室壓、心房壓）等，每種壓力信號又包括：收縮壓、舒張壓、平均壓。
血管內的血液在血管壁單位面積上垂直作用的力，稱為血壓。當人的心臟收縮時，動脈內的壓力zui高，此時內壁的壓力稱為收縮壓，亦稱高壓；心室舒張時，主動脈壓下降，在心舒末期動脈血壓的zui低值稱為舒張壓，也稱為低壓。血壓的測量，就是采用某種方法檢測和記錄血壓的收縮壓、舒張壓等數e 以及測量血壓的動態變化。血壓的數值一艙表示為壓力與大氣壓之差。血壓測量的壓力范圍為 0 ～ 300mmHg。皿壓測量的頻串范圍通常為 0 ～20Hz。在常規的臨床檢查中，常常采用人工方式，使用由氣袖、壓力計和聽診5B等部分組成肋脈K 計，間接測量人體的收縮壓和舒張壓。與此同時在心血管功能檢查、病人監護、生理實驗、以及體格檢查中，廣泛使用帶有各種血壓傳感器的電血壓計，盡管這種儀器十分的準確，技術十分成熟，但是仍存在諸如攜帶不方便，讀數困難，患者基本不能自測等弊病。德國的赫曼腕式血壓計，通過大規模集成電路，通過往腕帶中充氣加壓，再通過傳感器使得壓力信號轉化成為電信號，這樣不僅大大縮小了總體積，還配上一個脈搏傳感器，就可以在測量血壓的同時完成測量心跳，單位換算等諸多功能，十分方便，為患者自行診斷提供了可能。
電阻應變片的工作原理
金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：
式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω。cm2/m ）
S ——導體的截面積（cm2 ）
L ——導體的長度（m ）
我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，
從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度
增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增
加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得
應變金屬絲的應變情
陶瓷壓力傳感器原理及應用
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，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，使電橋產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，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0 ～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。
陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩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、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。
擴散硅壓力傳感器原理及應用
工作原理被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與
介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。
原理圖
藍寶石壓力傳感器原理與應用
利用應變電阻式工作原理，采用硅- 藍寶石作為半導體敏感元件，具有的計特性。
藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滯后、疲勞和蠕變現象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC 以內），因此，利用硅- 藍寶石制造的半導體敏感元件，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*；另外，硅- 藍寶石半導體敏感元件，無p-n 漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。
用硅- 藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在zui惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。
表壓壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被硅- 藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。
傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5 ，4-20mA或0-5V）。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，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。
壓電壓力傳感器原理與應用
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，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質*消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），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，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。
現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，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。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。