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。
压阻式压力传感器你真的了解么？
一场疫情将原本饱和的医疗行业推入前沿，疫情在国外的扩散又使得国内的呼吸机行业迅速崛起，随着交易额的增长，呼吸机的必要配件压力传感器的市场也逐渐热火朝天。
压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。
压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等。
目前应用较为广泛的压力传感器为压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生于被测压力成正比的变化，再由桥式电路获相应的电压输出信号。
压阻压力传感器主要基于压阻效应。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。
压阻式传感器的应用很广泛。例如,用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。
在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22%。
在生物医学方面,压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成扩散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。
压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量、真空测量、监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外，在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。随着微电子技术和计算机的进一步发展，压阻式传感器的应用还将迅速发展。
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