压力传感器工作理图解.doc

### 压力传感器工作原理详析 #### 一、压电压力传感器 **压电效应**是指某些特定材料在受到机械压力时会产生电荷的现象。压电压力传感器利用这一特性，将外界施加的压力转化为可测量的电信号。此类传感器广泛应用于需要将机械压力转换为电信号的场合。 **压电材料**： - **磷酸二氢胺**：适用于高温高湿环境。 - **酒石酸钾钠**：具有较高的压电系数和灵敏度，但仅适用于室内较低温湿度条件。 - **石英**：最初发现压电效应的材料之一，稳定但对变化的应力反应较小。 - **压电陶瓷**（如铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷、钛酸钡压电陶瓷）：现代广泛应用的材料，具备良好的压电性能。 **工作原理**：当压电材料受到外力时，会在其表面产生电荷。这些电荷通过电荷放大器、测量电路放大并转换成与所受外力成正比的电信号输出。 **优点**： - 结构简单 - 工作可靠 - 灵敏度高 - 信噪比高 - 信频宽广 **缺点**： - 某些材料如石英不耐潮湿，需采取防潮措施。 - 输出电流响应较差，通常需要电荷放大器或高输入阻抗电路来改善。 #### 二、压阻压力传感器 **压阻效应**是指材料在承受机械应力时电阻值会发生变化的现象。与压电效应不同的是，压阻效应不会产生电荷，只会导致电阻值的变化。大多数金属材料和半导体材料均表现出压阻效应，但在半导体材料中更为显著，尤其是硅。 **工作原理**：当半导体材料如硅受到压力时，其电阻会发生变化，这种变化不仅源于几何形变，还源自材料内部电阻的应力相关变化。通过将这些变化的电阻连接到惠斯登电桥中，当传感器受压时，电桥的平衡被打破，输出与压力成比例的电压信号。通过后续的放大和电压电流转换，最终输出与输入电压线性对应的4~20mA标准电流信号。 **温度补偿**：为了减少温度变化对电阻值的影响，提高测量精度，压阻压力传感器通常采用温度补偿技术，确保各项技术指标如零点漂移、灵敏度、线性度和稳定性等保持在较高水平。 #### 三、电容式压力传感器 电容式压力传感器利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值的变化。这类传感器通常采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极。当薄膜因压力而变形时，与固定电极之间的电容值会发生变化，通过测量电路可以输出与压力成一定关系的电信号。 **单电容式压力传感器**：由圆形薄膜与固定电极构成，薄膜在压力的作用下变形，改变电容器的容量。其灵敏度与薄膜面积和压力成正比，与薄膜张力和薄膜到固定电极的距离成反比。 **差动电容式压力传感器**：采用两个相同的电容器，一个作为参考，另一个用于实际测量，从而提高测量精度和稳定性。 **优点**： - 灵敏度高 - 结构紧凑 - 温度稳定性好 **应用场景**： - 低压测量 - 高压测量 - 需要高精度和稳定性的情况 压力传感器根据不同的工作原理分为压电式、压阻式和电容式等多种类型。每种类型都有其独特的优点和适用场景。了解这些不同类型的工作原理和技术细节有助于在具体应用中选择最合适的传感器类型。