壓力傳感器概述

在各個(gè)工業(yè)現(xiàn)場中，經(jīng)常需要對(duì)不同的介質(zhì)壓力進(jìn)行測量和控制， 無可避免的需要用到各種壓力測量裝置，比如壓力表，壓力開關(guān)，壓力傳感器和變送器等。工程術(shù)語中的壓力，在物理學(xué)上稱之為壓強(qiáng)，描述的是作用在物體單位面積上的力，單位為Pa（帕斯卡），其中F表示力，單位是N（牛頓）, A表示面積，單位是m2 (平方米)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種電子式傳感器開始逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械式測量裝置，在壓力測量領(lǐng)域，壓力傳感器，變送器，電子式壓力開關(guān)等已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械式壓力表，壓力開關(guān)等。

在JJG860-2015中，壓力傳感器通常定義為將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)的裝置。JJG882-2019中，壓力變送器是指將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為可傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化信號(hào)的儀表，可以通俗的認(rèn)為壓力變送器是在壓力傳感器的基礎(chǔ)上將電信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的二次儀表。標(biāo)準(zhǔn)化的過程可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求靈活變化，可以是標(biāo)準(zhǔn)的電壓，電流信號(hào)，也可以是數(shù)字化傳輸?shù)母鞣N總線通訊協(xié)議等方式。

壓力傳感器根據(jù)壓力的參考端類型的不同，可以分為表壓，絕壓和差壓方式，絕壓是以絕對(duì)真空為參考起始零點(diǎn)，表壓是以當(dāng)前的大氣壓力為參考起始零點(diǎn)，差壓則是以兩個(gè)不同壓力源的壓力為參考，測量兩個(gè)源的壓力差值。

常用的壓力傳感器，按照壓力量程劃分，可簡單分為微壓（25kPa以下），低壓（25kPa~700kPa），中壓（700kPa~7MPa），中高壓(7MPa~70MPa)和高壓（70MP~500MPa）等，不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ趬毫χ档慕缍ㄒ灿兄煌亩x方式。

從敏感元件的實(shí)現(xiàn)原理上看，壓力傳感器可以分為電阻式，電容式，諧振式，光學(xué)式等類型，主要是依靠不同敏感元件將壓力的物理變化轉(zhuǎn)換為可測量的電學(xué)信號(hào)變化。

電阻式是通過將壓力變化轉(zhuǎn)換為敏感元件上的物理形變，在形變的物理載體上，制作力學(xué)敏感電阻，將形變轉(zhuǎn)換為電阻阻值的變化，通過組成電橋的方式測量電阻值的變化來得到壓力的變化量，常見的有擴(kuò)散硅式壓力傳感器。

電容式則是將壓力變化轉(zhuǎn)換為電容極板間的距離或者介電常數(shù)的變化，從而改變電容的容值，通過振蕩電路將容值的變化采集量化，常見的有陶瓷電容壓力傳感器。

諧振式是通過將壓力的物理變化轉(zhuǎn)換為敏感元件的諧振頻率的變化，通過信號(hào)調(diào)理電路采集頻率的變化，常見的有石英諧振，硅諧振，振動(dòng)筒等。

光學(xué)式是通過將壓力的物理變化轉(zhuǎn)換到光學(xué)信號(hào)的變化，通過測量光信號(hào)的相位變化或角位移等來采集壓力的變化，例如石英波登管。

針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用要求，各種傳感器原理和工藝有著不同的應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)。

在微壓測量領(lǐng)域中，由于壓力數(shù)值較小，對(duì)敏感元件產(chǎn)生的物理變化也相應(yīng)的小很多，這就要求了敏感元件需要具有較高的靈敏度。諧振式壓力傳感器由于靈敏度較高，頻率對(duì)壓力的變化更為敏感，因此在低壓高精度的測量中，有著比較好的性能表現(xiàn)，相對(duì)價(jià)格也比較高。當(dāng)精度要求不是很高的情況下，擴(kuò)散硅和電容式可以兼顧精度和成本。例如電容式真空傳感器，利用被測介質(zhì)的介電常數(shù)的變化，可以精確的測量低真空度。擴(kuò)散硅壓力傳感器的靈敏度相對(duì)較大，部分可以達(dá)到（1~2）mV/V/kPa，也可應(yīng)用于微壓下的表壓絕壓測量。