压阻式压力传感器 压力传感器，让物体有了触觉，压阻式压力传感器的工作原理

压力传感器，让物体有了触觉，压阻式压力传感器的工作原理

什么叫传感器？由敏感元件和转换元件组成的能感受规定的被测量大小的器件或装置，在感受的过程中，运用一定的物理规律和数学函数法则完成信号的相互转换。一般情况下，是按照一定规律转换成为电信号（电压或者电流或线路的通断等），信息易传输、处理、存储、显示、记录和控制。敏感元件有热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏、湿敏、声敏、色敏、味敏、放射线敏感元件十大类，可分为三大类：物理类（产生力、热、光、电、磁和声等物理效应），化学类（产生化学效应），生物类（对酶、抗体、和激素等分子有识别功能）。转换元件由电表和微电脑等组成。

最早的是结构型传感器，利用结构参量变化来感受和转化信号。

70年代的固体型传感器是利用材料某些特性制成，由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成。现代智能型传感器，采用检测技术与微电脑相结合，传感器有了一定的人工智能。

传感器能够感受力、温度、光、声、化学成分等物理量，现代传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，可实现自动检测和自动控制，传感器让物体有了触觉、味觉、嗅觉、听觉等人类的感官功能，让物体人性化、智能化。例如，光敏传感器可产生视觉，声敏传感器可产生听觉，气敏传感器可产生嗅觉，化学传感器可产生味觉，压敏、温敏、流体传感器可产生触觉。

传感器种类繁多，本文为科普读者通俗介绍压阻式（半导体和陶瓷式）压力传感器的工作原理。

由于金属导体的电阻值由材料金属导体的电阻率（Ω•m2/m）、导体的截面积（m2）、导体的长度（m）、温度因素决定的，所以，当半导体电阻受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，电阻值就会发生改变，只要测出加在电阻两端的电压或线路中电流值就可以知道压力大小的变化。

压阻式压力传感器工作原理。压力使半导体薄片表面产生变形，其电阻发生变化，引起电路中的电流变化或者电压重新分配，这样，压力、电阻、电流（电压）就形成一一对应的数学函数关系，通过智能计算就可以知道被测量的压力大小，举例子说明如下。

如下图是测量压力的电子秤，由电源、保护电阻R0、理想电压表、压敏电阻R组成一个电路，电压表的指针可显示测量的压力值，压敏电阻R阻值与压力大小的函数关系是在制作传感器之前在实验室中经过无数次实验数据而得到的统计值，下表是一个传感器的参考值。

在坐标系中描出上表中电阻R随压力F变化关系图线，并归纳出R与 F之间的函数关系式。根据这个关系，就可以把电压表的电压值“偷梁换柱”为压力值，如果是正比例关系，其刻度是均匀的，否则，是不均匀的。如果把这个规律输入电脑中，电脑就可以自动计算并显示压力值，这就是智能压力传感器了。

下面也是一个压力传感器的原理图，读者自己可以尝试说说其工作原理吗？

陶瓷压力传感器，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，压力直接作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生微小的形变，由于压敏电阻阻值的变化，使与其连接的惠斯通电桥产生一个电阻与压力高度成正比的电压信号（根据压力量程不同有2.0V、3.0 V、 3.3 mv等）。此类型的压力传感器具有高温稳定性、时间稳定性、测量精度高、抗腐蚀等优点，工作温度可达-40～135℃，可与绝大多数介质直接接触。

压力传感器是工业中最为常用的一种传感器，广泛应用于自控环境，涉及水利水电、智能建筑、铁路交通、航空航天、生产自控、石化、油井、军工、电力、机床、船舶、管道等行业。

一文深入了解差压传感器，以及它与压力传感器的三大不同

差压传感器，是一种能够精确测量两个位置之间压力差的传感器，被广泛应用于制造业、自动化控制、医疗、环境监测等领域，进行气体、液体的流量控制和压力监测。根据伯努利定理，在流量不变的情况下，流体的速度越大，压力就越小，因此可以通过测量两个位置上的压力差来计算它们之间的速度和流量。

ADP900差压传感器

差压传感器通常由两个相互连接的腔室组成，每个腔室都与一个压力管道相连。当流体或气体通过传感器时，它们分别进入两个腔室并施加压力。这些压力通过相互连接的管道传递到传感器的测量单元中，测量单元则采用半导体或金属片等敏感材料制成。当这些材料受到压力作用时，会产生微小的位移，其大小与压力大小成正比。随后，利用外部电子线路将这些位移转换为电信号，并进行放大和处理，最终输出与压差相对应的信号。这一过程实现了对流体或气体压差的精确测量。

差压传感器类别

差压传感器通常分为微机电（MEMS）传感器、压阻式传感器、电容式传感器三类。电容式传感器具有生产成本低、结构简单、耗能低、分辨率高、压力灵敏度高等优势。压阻式传感器通常以有机硅为原材料，当施加压力时，利用电阻检测到压差，该产品具有高带宽、高分辨率、适用于高压测量等优势，但生产成本较高。MEMS传感器属于微型差压传感器，在精度、尺寸、响应速度和能耗方面均具有卓越表现。

与压力传感器的区别

测量对象不同： 压力传感器只能测量一个位置的压力，通常具有一个测量点和一个参考点（如大气压或密封的真空压力）。而差压传感器则测量两个位置之间的压力差，具有两个测量点。

接口不同： 压力传感器只有一个引压孔。差压传感器通常具有两个引压孔，用于连接两个测量点。

应用场景不同： 由于测量原理的差异，两者在应用场景上也有所不同。压力传感器广泛应用于需要测量单点压力的场景，如水利、交通、建筑等领域。而差压传感器则更适用于需要了解流体或气体流动状态变化的场景，如化工管道监测、汽车尾气处理等。

差压传感器的应用

1、智能空调、楼宇自控

通过差压传感器测量进入变风量箱风口的风量值, 通过连接温度传感器来测量区域温度。以温度设定点为依据, 通过算法得到区域所需要的风量, 与实测风量比较, 通过数字信号输出调节变风量箱风阀执行器，使风阀处在某个受控位置，并能维持区域温度在设定值，同时满足区域最小风量要求。

2、化工行业

在化工行业中，差压传感器被广泛应用于管道压力差的监测和控制。通过测量两个管道之间的压差，可以实时了解流体的流动状态，从而实现对化工设备的精确控制。此外，差压传感器还用于监测过滤器的堵塞情况、反应釜的压力变化等，为化工生产提供重要的安全保障。

3、呼吸机等医疗设备

为了使患者在使用呼吸机时呼吸自然通畅，呼吸机中一般会安装差压传感器来监测呼吸气体的压差，做出吸气和呼气的判断，进而控制进气泵，增大或者减小管内压强，使患者不会产生抵触感。

压差传感器作为一种高度敏感的测量元件，其应用领域的广泛远不止于当前已知的范围，尚有许多潜在的应用场景亟待我们深入探索与发掘。从工业制造到环境监测，从医疗健康到航空航天，压差传感器都能以其独特的优势发挥重要作用。

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