干货：压力传感器的工作原理及趋势分析

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。并且在不同环境下，需要使用不同类型的压力传感器，以避免误差。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201701/342462.htm

不同压力传感器的工作原理

1、压阻式力传感器：电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。

2、陶瓷压力传感器：陶瓷压力传感器基于压阻效应，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

3、扩散硅压力传感器：扩散硅压力传感器工作原理也是基于压阻效应，利用压阻效应原理，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

4、蓝宝石压力传感器：利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性极强;另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移。

5、压电式压力传感器：压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压力传感器的应用领域

压力传感器主要应用于：增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机，压缩机，空调制冷设备等领域。

1、应用于液压系统

压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。当控制阀芯突然移动时，在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。在典型的行走机械和工业液压中，如果设计时没有考虑到这样的极端工况，任何压力传感器很快就会被破坏。需要使用抗冲击的压力传感器，压力传感器实现抗冲击主要有2种方法，一种是换应变式芯片，另一种方法是外接盘管，一般在液压系统中采用第一种方法，主要是因为安装方便。此外还有一个原因是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。

2.应用于安全控制系统

压力传感器在安全控制系统中经常应用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。在安全控制领域有很多传感器应用，压力传感器作为一种非常常见的传感器，在安全控制系统中应用也不足为奇。

在安全控制领域应用一般从性能方面来考虑，从价格上的考虑，还有从实际操作的安全性方便性来考虑，实际证明选择压力传感器的效果非常好。压力传感器利用机械设备的加工技术将一些元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面。所以体积小也是它的优点之一，除此之外，价格便宜也是它的另一大优点。在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中，通过在出气口的管道设备中安装压力传感器来在一定程度上控制压缩机带来的压力，这算是一定的保护措施，也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后，如果压力值未达到上限，那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。

3.应用于注塑模具

压力传感器在注塑模具中有着重要的作用。压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。

4.应用于监测矿山压力

传感器技术作为矿山压力监控的关键性技术之一。一方面，我们应该正确应用已有的各种传感器来为采矿行业服务;另一方面，作为传感器厂家还要研制和开发新型压力传感器来适应更多的采矿行业应用。压力传感器有多种，而基于矿山压力监测的特殊环境，矿用压力传感器主要有：振弦式压力传感器、半导体压阻式压力传感器、金属应变片式压力传感器、差动变压器式压力传感器等。这些传感器在矿产行业都有广泛的应用，具体使用哪种传感器还有根据具体的采矿环境进行选择。

5.应用于促进睡眠

压力传感器本身无法促进睡眠，我们只是将压力传感器放在床垫地下，由于压力传感器具有高灵敏度，当人发生翻身、心跳以及呼吸等有关的动作时，传感器会分析这一系列信息，去推断睡眠人睡觉处于一个什么状态，然后通过对传感器的分析，收集传感器的信号得到心跳和呼吸节奏等睡眠的数据，最后将所有数据处理谱成一首段的曲目，当然能将你一个晚上的睡眠压缩成一首几分钟的音乐。

6.应用于压缩机，空调冷设备

压力传感器常用于空气压力机，以及空调制冷设备，这类传感器产品外形小巧、安装方便、导压口一般采用专用阀针式设计。

趋势

1.主要垂直行业，包括石油和天然气、汽车和医疗保健的技术进步导致了多种应用程序以及压力传感器功能的演变。

2.汽车领域是压力传感器的最重要的用户之一，汽车生产的激增导致对压力传感器和相关组件的需求不断增加。

3.机动车安全已成为整个汽车行业的重要方面，围绕此项特性的严格的政府法规有助于促进汽车行业压力传感器的需求增长。

4.基于微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)的技术一直以来广受大众欢迎，采用量大增，导致压力传感器市场的增长。

5.消费电子压力传感器使用量大大增加，成为整个市场发展最快的应用领域。

6.终端使用行业如汽车和医疗保健市场趋于成熟成为阻碍北美和欧洲压力传感器市场的一大挑战。

7.在亚洲国家，如中国、日本、印度和韩国快速的工业化和机动车生产都可以归结为亚太压力传感器市场的发展。

8.亚太和中东地区的智能城市基础设施的发展持有巨大的未来增长潜力。

9.消费者购买压力传感器对其安装和更换不断飙升的成本心存忧虑，可能会影响压力传感器市场。

10.在过去的几年中，压力传感器市场取得了迅速进展，对竞争格局产生了积极影响，为市场引入了新的参与者并扩大了市场现有参与者的范围。

压力传感器工作原理详解，几分钟带你搞定压力传感器

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。

五一休息了5天，不知道大家玩得怎么样？接下来将给大家分享分享关于传感器的知识，今天是压力传感器。

什么是压力？

这个压力不是我们通常说的压力，不是说工作有压力，生活有压力这种。

这个压力是单位面积上施加在表面上的力的表达，准确的说法是压强， 通常测量液体、空气、其他气体的压力 等。

压强 的标准单位是“帕斯卡”。这相当于一个“牛顿每平方米”。

压力传感器只是监控这个压强，并可以在世界上已知的几个单位之一中显示它。这通常是“帕斯卡”、“巴”和“PSI”（磅/平方英寸）。

轮胎中的空气压力是压强及其测量方式的一个特别形象的例子。

当我们给轮胎充气时，它施加在轮胎上的力会增加，导致轮胎充气，通过轮胎内的压力传感器进行监控的。

汽车轮胎充气图

什么是压力传感器？

压力传感器 是将气体或液体中的输入机械压力 转换为电输出信号的传感器或仪器 。压力传感器由可以测量、检测或监控施加压力的压敏元件和将信息转换为电输出信号的电子元件组成。

压力传感器 具有两个重要特性：(1) 提供承受高压的坚固性 ；(2) 具有弹性以最小程度地变形并在受压时恢复其原始形状 。

压力传感器如何工作

简而言之，压力传感器将压力转换为一个小的电信号，然后进行传输和显示。

因此，这些通常也被称为压力变送器。使用的两个常见信号是 4 到 20 mA信号和 0 到 5 V 信号。

压力传感器的工作原理图

大多数压力传感器使用压电效应 工作。

这是当材料响应应力而产生电荷时，这种应力通常是压力，但也可能是扭曲、弯曲或振动。

压力传感器检测压强并可以通过测量电荷来确定压强的大小。

压力传感器需要校准 ，以便知道什么电压或毫安 (mA) 信号对应于什么压强，这是基本的“零”和“跨度”校准或最小值和最大值，这是维护人员的常见工作。

压力传感器工作原理--压阻式压力传感器

压阻传感元件也可以以类似的桥接形式排列。下图说明了桥式压力传感器的传感元件是如何连接到柔性膜片上的，因此电阻会根据膜片偏转的大小而变化。压力传感器的整体线性度取决于膜片在规定测量范围内的稳定性，以及应变片或压阻元件的线性度。

压阻式压力传感器元件根据膜片反射的大小测量电阻变化

压阻式压力传感器元件根据膜片反射的大小测量电阻变化

压力传感器工作原理--应变式压力传感器

应变计压力传感器适用于测量极高和极低的压力以及压差 。压差是任何两个给定点之间的压力差。

应变计压力传感器 包含一个传感元件，一个隔膜。隔膜的任何变形都会引起应变片电阻的变化。 通常，惠斯通电桥中使用 4 个量规，以最大限度地提高传感器的灵敏度，这种电阻变化被转换成可用的输出信号。

应变计压力传感器组件：连接器 (A)、外壳 (B)、应变计 (C) 和压力入口 (D)

应变计压力传感器

在应变计型压力传感器中，箔或硅应变计布置为惠斯通电桥。应变仪连接到某种隔膜上，当施加压力时隔膜会发生偏转。然后由惠斯通电桥电路测量、放大和调节所得信号，以提供代表施加压力的合适传感器电压或变送器电流输出，如下图所示。

桥式传感器的电路图

压变是测量系统中两个压力值或两个压力点之间的压力差 ，因此测量两个点彼此之间的差异，而不是它们相对于大气压力或另一个参考压力的大小比如绝对真空。

这与仅使用一个端口测量压力的静态或绝对压力传感器不同，并且通常压变计传感器封装有两个端口，管道可以连接到两个端口，并在两个不同的压力点连接到系统被测量和计算。

这种压力测量方法通常用于测量管道或管道中液体或气体的流量。

下图为使用压变计测量传感器进行罐液位测量。

使用差压测量传感器进行罐液位测量

压力传感器工作原理--电容式压力传感器

电容压力传感器 通过检测由于隔膜运动引起的电容变化来测量压力 。它有两个电容板 、一个隔膜 和一个 固定在未加压表面上的电极 。这些板之间有一定的距离，压力的变化会使这些板之间的间隙变宽或变窄，电容的这种变化被转换为可用信号。

根据应用，该传感器可以测量绝压、表压或差压。电容压力传感器组件 ：绝缘支架 (A)、隔膜 (B)、电容器板 (C) 和压力端口 (D)

电容压力传感器

压力传感器工作原理--电位压力传感器

电位压力传感器 由一个精密电位器 组成。电位器 由连接到压力敏感元件 （例如隔膜）的雨刷组成，该元件上的偏转会改变刮水器的位置，电阻值在游标和电位器一端之间变化。该值是施加的压力的量度。

电位压力传感器组件 ：雨刷器 (A)、电阻测量电桥电路 (B)、与压力成比例的测量 (C)、电桥电源 (D)、压力元件的活动臂 (E) 和位移 (F) )。

电位压力传感器

压力传感器工作原理--谐振线压力传感器

谐振线压力传感器 具有位于隔膜中的振弦 ，电子振荡器使金属丝保持振动，随着膜片中压力的变化，它会影响金属丝的张力并改变共振频率，这个频率可以被数字计数器电路感测并转换成电信号。

谐振线压力传感器组件：谐振线 (A)、至振荡器电路 (B)、高侧支撑板 (C)、磁铁 (D)、金属管 (E)、高压膜片 (F)、流体传输端口 (G)、低压隔膜 (H)、电绝缘体 (I)、预紧弹簧 (J) 和低侧支撑板 (K)

谐振线压力传感器

压力传感器工作原理--感应式压力传感器

感应式压力传感器 使用电磁感应原理 工作。换能器具有连接到铁磁芯的隔膜，隔膜的轻微偏转会导致铁磁芯的线性运动，从而感应出电流。

由于压力变化导致的磁芯运动会改变感应电流。这种电流变化被转换成可用的信号。

感应式压力传感器组件：线圈（A、C）、隔膜（B）和压力（D）

感应式压力传感器

压力传感器工作原理--压电压力传感器

压电压力传感器 使用石英晶体或陶瓷材料在施加压力时产生电荷 。这种以电压测量的电荷与压力的变化成正比。压电压力传感器非常灵敏且响应速度极快 。

压电压力传感器组件的截面图：螺母 (A)、外壳 (B)、晶体 (C)、隔膜 (D)、引线 (E) 和圆盘 (F)

压电压力传感器

压力传感器工作原理--压力传感器的安装

在一定程度上，工作原理——绝对、表压或差动——决定了传感器的结构 。例如，当安装在电路板或面板上时，绝对压力传感器可以设计为响应施加在顶侧或背面的压力。为被测介质创建一个从顶部进入的端口可能会使传感器容易受到物理损坏或污垢或湿气污染等危险的影响，可以选择底部进入传感器来克服这一点。下图比较了两种类型的布局。

压力传感器的安装图

压力传感器工作原理--顶部或底部入口绝对压力传感器示意图

仪表传感器通常设计为允许大气压力施加到一个端口，同时允许将测量的压力施加到另一个端口。

类似地，差分传感器将具有两个端口，每个被测介质都设计为通过这些端口与传感元件接触，下图比较了仪表和差动传感器的结构。

表压（左）和两端口差动（右）压力传感器封装。

表压（左）和两端口差动（右）压力传感器封装

以上就是关于压力传感器原理的一些分享，希望大家多多支持我。

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