1、6四種壓力傳感器的基本工作原理及特點一：電阻應變式傳感器1 1電阻應變式傳感器定義被測的動態壓力作用在彈性敏感元件上， 使它產生變形，在其變形的部位粘 貼有電阻應變片，電阻應變片感受動態壓力的變化，按這種原理設計的傳感器稱 為電阻應變式壓力傳感器。1.2電阻應變式傳感器的工作原理電阻應變式傳感器所粘貼的金屬電阻應變片主要有絲式應變片與箔式應變片箔式應變片是以厚度為0.002 0.008mm的金屬箔片作為敏感柵材料，箔 柵寬度為0.0030.008mm。絲式應變片是由一根具有高電阻系數的電阻絲 （直 徑0. 015-0. 05mm），平行地排成柵形（一般240條），電阻值60200 ?， 通常為

2、120 ?，牢貼在薄紙片上，電阻紙兩端焊有引出線，表面覆一層薄紙，即 制成了紙基的電阻絲式應變片。測量時，用特制的膠水將金屬電阻應變片粘貼于 待測的彈性敏感元件表面上，彈性敏感元件隨著動態壓力而產生變形時，電阻片也跟隨變形。如下圖所示。B為柵寬，L為基長。I繪式應吏片 b）笹式應變片材料的電阻變化率由下式決定:dR dRdAA式中;R材料電阻材料電阻率由材料力學知識得;dRR(1 2 ) C(1 2 )K金屬電阻應變片的敏感度系數式中K對于確定購金屬材料在一定的范圍內為一常數，將微分dR、dL改寫成增 量出、/L,可得由式(2)可知，當彈性敏感元件受到動態壓力作用后隨之產生相應的變形 而形應變

3、值可由絲式應變片或箔式應變片測出，從而得到了ZR的變化，也就得到了動態壓力的變化，基于這種應變效應的原理實現了動態壓力的測量。1.3電阻應變式傳感器的分類及特點測低壓用的膜片式壓力傳感器常用的電阻應變式壓力傳感器包括彳測中壓用的膜片一一應變筒式壓力傳感器 -測高壓用的應變筒式壓力傳感器1.3.1膜片一一應變筒式壓力傳感器的特點該傳感器的特點是具有 較高的強度和抗沖擊穩定性，具有優良的靜態特性、 動態特性和較高的自震頻率，可達30khz以上，測量的上限壓力可達到9.6mpa。 適于測量高頻脈動壓力，又加上強制水冷卻。也適于高溫下的動態壓力測量，如 火箭發動機的壓力測量，內燃機、壓氣機等的壓力測量

4、。1.3.2膜片式應變壓力傳咸器的特點A這種膜片式應變壓力傳感器不宜測量較大的壓力，當變形大時，非線性 較大。但小壓力測量中由于變形很小，非線性誤差可小于0.5%，同時又有較高的靈敏度，因此在沖擊波的測量中，國內外都用過這種膜片式壓力傳感器。B這種傳感器與膜片一應變筒式壓力傳感器相比，自振頻率較低，因此在低壓高頻測量中，應嚴防沖擊壓力頻率與膜片自頓頻率相接近， 否則臺帶來嚴重的 波形與壓力值的失真與偏低。二：壓阻式壓力傳感器2.1壓阻式壓力傳感器的工作原理壓阻式壓力傳感器是由平面應變傳感器發展起來的一種新型壓力傳感器。它以硅片作為彈性敏感元件，任該膜片上用集成電路擴散工藝制成四個等值導體電 阻

5、，組成惠斯登電矯，當膜片受力后、由于半導體的壓阻效應.電阻值發生變化， 使電橋輸出而測得壓力的變化，利用這種方法制成的壓力傳感器叫壓阻式壓力傳 感器.相似于電阻應變式傳感器(12) lEKsRLS其中lE 金屬電阻應變片的靈敏度系數主要利用 十的應變效應，而半導體應變片主要利用電阻率的變化，這就是壓阻式壓力傳感器的基本原理，它是利用壓 阻效應的結果。2.2壓阻式壓力傳感器的特點結構簡單、可微型化壓阻式壓力傳感器的優點可測高頻靈感度高J精度咼受溫度影響大壓阻式壓力傳感器的缺點 量程小不耐腐蝕J工藝復雜:壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應，將壓力轉換為相應的電信 號。經放大器

6、、記錄器而得到欲測的動態壓力參數。3.1壓電式壓力傳感器的工作原理由于壓電傳感器受到力時，其表面聚集著數量相等而極性相反的電荷 Q,而 晶體片本身又是絕緣體，很顯然這樣的晶體片就構成了電容器， 若極扳間電容為 Co時，在兩極板間呈現的電壓為：因此壓電傳感器可以等效為一個電壓源和一個串聯電容表示的等效電路或 把壓電傳感器等效一個電荷源與一個電容 Co并聯的電荷等效電路。壓電作感器的前置放大器可分兩類，即高輸入阻抗電壓放大器，其輸出電壓 與輸入電壓成正比，這種電壓前置放大器一般也稱為阻抗變換器； 另一種是電荷 放大器，其輸出電壓與輸入電荷成比例。A電壓放大器的工作原理由于電壓放大器具將高輸入阻抗和

7、低輸出阻抗的特點，因此壓電傳感器經 過電壓故大器后就變為低阻抗輸出了，這就可以用光線示波器或普通儀器進行記 錄。B電荷放大器的工作原理電荷放大器能將高內阻的電荷轉換為低內阻電壓輸出，且輸出電壓正比輸 入電荷，因此電荷放大器同樣起著阻抗變換的作用。它實際上是一個具有深度電 容負反饋的高增益運算放大器。3.2壓電式壓力傳感器的特點主要有廠自震頻率咼能適應惡劣環境（如花炮沖擊波壓力）2低頻性能差溫度效應敏感使用及維修使用比較苛刻四：電感式壓力傳感器4.1電感式壓力傳感器的工作原理這種傳感器是將壓力的變化量轉換為對應的電感變化量輸入給放大器和記錄器。如下圖所示電感傳感器的工作原理圖1 鐵芯2銜鐵 3膜盒p作用壓力鐵芯1和銜鐵2均由導磁性材料硅鋼片或坡莫合金制成。銜鐵和鐵芯之 間有空隙？，在壓力作用下，銜鐵隨膜盒3上下運動，磁路中的氣隙？隨之改 變，使線圈的磁阻發生變化，從而引起線圈電感的變化。線圈中的電感等于 單位電流所產生的磁鏈。電感量L2W0S02W線圈的匝數0S0空氣的導磁率氣隙面積上式為電感壓力傳感器的基本特性公式，它表示由于壓力P的變化引起膜片銜鐵氣