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五一休息了5天，不知道大家玩得怎么樣？接下來(lái)將給大家分享分享關(guān)于傳感器的知識(shí)，今天是壓力傳感器。
什么是壓力？
這個(gè)壓力不是我們通常說(shuō)的壓力，不是說(shuō)工作有壓力，生活有壓力這種。
這個(gè)壓力是單位面積上施加在表面上的力的表達(dá)，準(zhǔn)確的說(shuō)法是壓強(qiáng)，通常測(cè)量液體、空氣、其他氣體的壓力等。
壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)單位是“帕斯卡”。這相當(dāng)于一個(gè)“牛頓每平方米”。
壓力傳感器只是監(jiān)控這個(gè)壓強(qiáng)，并可以在世界上已知的幾個(gè)單位之一中顯示它。這通常是“帕斯卡”、“巴”和“PSI”（磅/平方英寸）。
輪胎中的空氣壓力是壓強(qiáng)及其測(cè)量方式的一個(gè)特別形象的例子。
當(dāng)我們給輪胎充氣時(shí)，它施加在輪胎上的力會(huì)增加，導(dǎo)致輪胎充氣，通過(guò)輪胎內(nèi)的壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)控的。
汽車(chē)輪胎充氣圖
什么是壓力傳感器？
壓力傳感器是將氣體或液體中的輸入機(jī)械壓力轉(zhuǎn)換為電輸出信號(hào)的傳感器或儀器。壓力傳感器由可以測(cè)量、檢測(cè)或監(jiān)控施加壓力的壓敏元件和將信息轉(zhuǎn)換為電輸出信號(hào)的電子元件組成。
壓力傳感器具有兩個(gè)重要特性：(1) 提供承受高壓的堅(jiān)固性；(2) 具有彈性以最小程度地變形并在受壓時(shí)恢復(fù)其原始形狀。
壓力傳感器如何工作
簡(jiǎn)而言之，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為一個(gè)小的電信號(hào)，然后進(jìn)行傳輸和顯示。
因此，這些通常也被稱為壓力變送器。使用的兩個(gè)常見(jiàn)信號(hào)是 4 到 20 mA信號(hào)和 0 到 5 V 信號(hào)。
壓力傳感器的工作原理圖
大多數(shù)壓力傳感器使用壓電效應(yīng)工作。
這是當(dāng)材料響應(yīng)應(yīng)力而產(chǎn)生電荷時(shí)，這種應(yīng)力通常是壓力，但也可能是扭曲、彎曲或振動(dòng)。
壓力傳感器檢測(cè)壓強(qiáng)并可以通過(guò)測(cè)量電荷來(lái)確定壓強(qiáng)的大小。
壓力傳感器需要校準(zhǔn)，以便知道什么電壓或毫安 (mA) 信號(hào)對(duì)應(yīng)于什么壓強(qiáng)，這是基本的“零”和“跨度”校準(zhǔn)或最小值和最大值，這是維護(hù)人員的常見(jiàn)工作。
壓力傳感器工作原理--壓阻式壓力傳感器
壓阻傳感元件也可以以類似的橋接形式排列。下圖說(shuō)明了橋式壓力傳感器的傳感元件是如何連接到柔性膜片上的，因此電阻會(huì)根據(jù)膜片偏轉(zhuǎn)的大小而變化。壓力傳感器的整體線性度取決于膜片在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，以及應(yīng)變片或壓阻元件的線性度。
壓阻式壓力傳感器元件根據(jù)膜片反射的大小測(cè)量電阻變化
壓阻式壓力傳感器元件根據(jù)膜片反射的大小測(cè)量電阻變化
壓力傳感器工作原理--應(yīng)變式壓力傳感器
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器適用于測(cè)量極高和極低的壓力以及壓差。壓差是任何兩個(gè)給定點(diǎn)之間的壓力差。
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器包含一個(gè)傳感元件，一個(gè)隔膜。隔膜的任何變形都會(huì)引起應(yīng)變片電阻的變化。通常，惠斯通電橋中使用 4 個(gè)量規(guī)，以最大限度地提高傳感器的靈敏度，這種電阻變化被轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)。
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器組件：連接器 (A)、外殼 (B)、應(yīng)變計(jì) (C) 和壓力入口 (D)
應(yīng)變計(jì)壓力傳感器
在應(yīng)變計(jì)型壓力傳感器中，箔或硅應(yīng)變計(jì)布置為惠斯通電橋。應(yīng)變儀連接到某種隔膜上，當(dāng)施加壓力時(shí)隔膜會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。然后由惠斯通電橋電路測(cè)量、放大和調(diào)節(jié)所得信號(hào)，以提供代表施加壓力的合適傳感器電壓或變送器電流輸出，如下圖所示。
橋式傳感器的電路圖
壓變是測(cè)量系統(tǒng)中兩個(gè)壓力值或兩個(gè)壓力點(diǎn)之間的壓力差，因此測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)彼此之間的差異，而不是它們相對(duì)于大氣壓力或另一個(gè)參考?jí)毫Φ拇笮”热缃^對(duì)真空。
這與僅使用一個(gè)端口測(cè)量壓力的靜態(tài)或絕對(duì)壓力傳感器不同，并且通常壓變計(jì)傳感器封裝有兩個(gè)端口，管道可以連接到兩個(gè)端口，并在兩個(gè)不同的壓力點(diǎn)連接到系統(tǒng)被測(cè)量和計(jì)算。
這種壓力測(cè)量方法通常用于測(cè)量管道或管道中液體或氣體的流量。
下圖為使用壓變計(jì)測(cè)量傳感器進(jìn)行罐液位測(cè)量。
使用差壓測(cè)量傳感器進(jìn)行罐液位測(cè)量
壓力傳感器工作原理--電容式壓力傳感器
電容壓力傳感器通過(guò)檢測(cè)由于隔膜運(yùn)動(dòng)引起的電容變化來(lái)測(cè)量壓力。它有兩個(gè)電容板、一個(gè)隔膜和一個(gè)固定在未加壓表面上的電極。這些板之間有一定的距離，壓力的變化會(huì)使這些板之間的間隙變寬或變窄，電容的這種變化被轉(zhuǎn)換為可用信號(hào)。
根據(jù)應(yīng)用，該傳感器可以測(cè)量絕壓、表壓或差壓。電容壓力傳感器組件：絕緣支架 (A)、隔膜 (B)、電容器板 (C) 和壓力端口 (D)
電容壓力傳感器
壓力傳感器工作原理--電位壓力傳感器
電位壓力傳感器由一個(gè)精密電位器組成。電位器由連接到壓力敏感元件（例如隔膜）的雨刷組成，該元件上的偏轉(zhuǎn)會(huì)改變刮水器的位置，電阻值在游標(biāo)和電位器一端之間變化。該值是施加的壓力的量度。
電位壓力傳感器組件：雨刷器 (A)、電阻測(cè)量電橋電路 (B)、與壓力成比例的測(cè)量 (C)、電橋電源 (D)、壓力元件的活動(dòng)臂 (E) 和位移 (F) )。
電位壓力傳感器
壓力傳感器工作原理--諧振線壓力傳感器
諧振線壓力傳感器具有位于隔膜中的振弦，電子振蕩器使金屬絲保持振動(dòng)，隨著膜片中壓力的變化，它會(huì)影響金屬絲的張力并改變共振頻率，這個(gè)頻率可以被數(shù)字計(jì)數(shù)器電路感測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
諧振線壓力傳感器組件：諧振線 (A)、至振蕩器電路 (B)、高側(cè)支撐板 (C)、磁鐵 (D)、金屬管 (E)、高壓膜片 (F)、流體傳輸端口 (G)、低壓隔膜 (H)、電絕緣體 (I)、預(yù)緊彈簧 (J) 和低側(cè)支撐板 (K)
諧振線壓力傳感器
壓力傳感器工作原理--感應(yīng)式壓力傳感器
感應(yīng)式壓力傳感器使用電磁感應(yīng)原理工作。換能器具有連接到鐵磁芯的隔膜，隔膜的輕微偏轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致鐵磁芯的線性運(yùn)動(dòng)，從而感應(yīng)出電流。
由于壓力變化導(dǎo)致的磁芯運(yùn)動(dòng)會(huì)改變感應(yīng)電流。這種電流變化被轉(zhuǎn)換成可用的信號(hào)。
感應(yīng)式壓力傳感器組件：線圈（A、C）、隔膜（B）和壓力（D）
感應(yīng)式壓力傳感器
壓力傳感器工作原理--壓電壓力傳感器
壓電壓力傳感器使用石英晶體或陶瓷材料在施加壓力時(shí)產(chǎn)生電荷。這種以電壓測(cè)量的電荷與壓力的變化成正比。壓電壓力傳感器非常靈敏且響應(yīng)速度極快。
壓電壓力傳感器組件的截面圖：螺母 (A)、外殼 (B)、晶體 (C)、隔膜 (D)、引線 (E) 和圓盤(pán) (F)
壓電壓力傳感器
壓力傳感器工作原理--壓力傳感器的安裝
在一定程度上，工作原理——絕對(duì)、表壓或差動(dòng)——決定了傳感器的結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)安裝在電路板或面板上時(shí)，絕對(duì)壓力傳感器可以設(shè)計(jì)為響應(yīng)施加在頂側(cè)或背面的壓力。為被測(cè)介質(zhì)創(chuàng)建一個(gè)從頂部進(jìn)入的端口可能會(huì)使傳感器容易受到物理?yè)p壞或污垢或濕氣污染等危險(xiǎn)的影響，可以選擇底部進(jìn)入傳感器來(lái)克服這一點(diǎn)。下圖比較了兩種類型的布局。
壓力傳感器的安裝圖
壓力傳感器工作原理--頂部或底部入口絕對(duì)壓力傳感器示意圖
儀表傳感器通常設(shè)計(jì)為允許大氣壓力施加到一個(gè)端口，同時(shí)允許將測(cè)量的壓力施加到另一個(gè)端口。
類似地，差分傳感器將具有兩個(gè)端口，每個(gè)被測(cè)介質(zhì)都設(shè)計(jì)為通過(guò)這些端口與傳感元件接觸，下圖比較了儀表和差動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)。
表壓（左）和兩端口差動(dòng)（右）壓力傳感器封裝。
表壓（左）和兩端口差動(dòng)（右）壓力傳感器封裝
以上就是關(guān)于壓力傳感器原理的一些分享，希望大家多多支持我。
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