压力传感器是压力检测体系中的重要组成部分，在生活中咱们总是能看到各种不同的压力传感器，本文就为你们介绍一些常见的几款压力传感器的原理及运用。
压力传感器是压力检测体系中的重要组成部分，由各种压力活络元件将被测压力信号转化成简略丈量的电信号作输出，给显现外表显现压力值，或供操控和报警运用。
压力传感器的品种繁复，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。
一、压阻式压力传感器：
固体受力后电阻率发作改动的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是依据半导体资料（单晶硅）的压阻效应原理制成的传感器，便是运用集成电路工艺直接在硅平膜片上按必定晶向制成分散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使分散电阻的阻值发作改动。
压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
1、压阻式压力传感器根本介绍：
压阻式传感器有两品种型：一种是运用半导体资料的体电阻做成张贴式应变片，称为半导体应变片，因此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体资料的基片上用集成电路工艺制成的分散电阻，以此分散电阻的传感器称为分散型压阻传感器。
半导体应变式传感器 半导体应变式传感器的结构办法根本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性活络元件等三部分组成，所不同的是应变片的活络栅是用半导体资料制成。半导体应变片与金属应变片比较，最杰出的长处是它的体积小而活络高。它的活络系数比后者要大几十倍乃至上百倍，输出信号有时不用扩大即可直接进行丈量记载。此外，半导体应变片横向效应十分小，蠕变和滞后也小，频率呼应规模亦很宽，从静态应变至高频动态应变都能丈量。因为半导体集成化制造工艺的开展，用此技能与半导体应变片相结合，能够直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使丈量体系大为简化。可是半导体应变片也存在着很大的缺陷，它的电阻温度体系要比金属电阻改动大一个数量级，活络系数随温度改动较大它的应变—电阻特性曲线性较大，它的电阻值和活络系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。
分散型压阻式传感器 分散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性资料，取向不一同特性不一样。因此有必要依据传感器受力变形状况来加工制造分散硅活络电阻膜片。
运用半导体压阻效应，可规划成多品种型传感器，其间压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的根本型式。
硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是中心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的分散掺杂法做成四个持平的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相衔接的高压腔，另一侧是低压腔，一般和大气相连，也有做成真空的。当膜片两头存在压力差时，膜片发作变形，发作应力应变，然后使分散电阻的电阻值发作改动，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其巨细就反映了膜片所受压力差值。
2、压阻式压力传感器特色
压阻式压力传感器的特色是：活络度高，频率呼应高；丈量规模宽，可测低至10Pa的微压到高至60Mpa的高压；精度高，作业牢靠，其精度可达±0.2％～0.02％；易于细小型化，现在国内生产出直径φ1.8～2mm的压阻式压力传感器。现在，运用最为广泛的压力传感器是压阻式压力传感。
3、压阻式压力传感器丈量办法
硅平膜片上的分散电阻一般构成桥式丈量电路，相对的桥臂电阻对称安置，电阻改动时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应联系。
如图4的压力丈量扩大电路中，R1~R4由压敏电阻构成的直流电桥，无力效果时，经过调理RP使直流桥输出电压为0。R5、R6为限流电阻。经过改动R7值能够改动扩大倍数。输出电压信号假如要作为数字信号处理，则后续电路可接A/D转化电路。
4、典型压阻式压力传感器类型及运用
二、应变式压力传感器
应变式压力传感器是把压力的改动转化成电阻值的改动来进行丈量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所发作的应变而改动。
1、应变式压力传感器分类介绍
应变计中运用最多的是张贴式应变计（即应变片）。它的首要缺陷是输出信号小、线性规模窄，并且动态呼应较差（见电阻应变计、半导体应变计）。但因为应变片的体积小，商品化的应变片有多种规范可供挑选，并且能够灵敏规划弹性活络元件的办法以习惯各种运用场合，所以用应变片制造的应变式压力传感器仍有广泛的运用。按弹性活络元件结构的不同，应变式压力传感器大致可分为应变管式、膜片式、应变梁式、组合式四种。
①应变管式 又称应变筒式。它的弹性活络元件为一端关闭的薄壁圆筒，其另一端带有法兰与被测体系衔接（图1）。在筒壁上贴有2片或4片应变片，其间一半贴在实心部分作为温度补偿片，另一半作为丈量应变片。当没有压力时 4片应变片组成平衡的全桥式电路;当压力效果于内腔时，圆筒变构成“腰鼓形”，使电桥失去平衡，输出与压力成必定联系的电压。这种传感器还能够运用活塞将被测压力转化为力传递到应变筒上或经过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简略、制造便利、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力丈量方面有广泛运用。
②膜片式 它的弹性活络元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均到达正的最大值，而边际处径向应变到达负的最大值，切向应变为零。因此常把两个应变片别离贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以取得较大活络度和温度补偿效果。选用圆形箔式应变计（见电阻应变计）则能最大极限地运用膜片的应变效果（图2）。这种传感器的非线性较明显。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性活络元件和应变片的效果集于单晶硅膜片一身，即选用集成电路工艺在单晶硅膜片上分散制造电阻条，并选用周边固定结构制成的固态压力传感器（见压阻式传感器）。
③应变梁式 丈量较小压力时，可选用固定梁或等强度梁的结构。一种办法是用膜片把压力转化为力再经过传力杆传递给应变梁。图3中两头固定梁的最大应变处在梁的两头和中点，应变片就贴在这些当地。这种结构还有其他办法，例如可选用悬梁与膜片或波纹管构成。
④组合式 在组合式应变压力传感器中，弹性活络元件可分为感触元件和弹性应变元件。感触元件把压力转化为力传递到弹性应变元件应变最活络的部位，而应变片则贴在弹性应变元件的最大应变处。实践上较杂乱的应变管式和应变梁式都归于这种型式。感触元件有膜片、膜盒、波纹管、波登管等，弹性应变元件有悬臂梁、固定梁、Π形梁、 环形梁、薄壁筒等。它们之间可依据不同需求组组成多种型式。
2、应变片运用办法
一般是将应变片经过特别的粘和剂严密的粘合在发作力学应变基体上，当基体受力发作应力改动时，电阻应变片也一同发作形变，使应变片的阻值发作改动，然后使加在电阻上的电压发作改动。这种应变片在受力时发作的阻值改动一般较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并经过后续的外表扩大器进行扩大，再传输给处理电路（一般是a/d转化和cpu）显现或执行机构。
常用的力丈量办法是用应变片和应变仪丈量构件的外表应变，依据应变和应力、力之间的联系，确认构件的受力状况。
应变仪选用沟通电桥时，输出特性与直流电桥（直流电桥的输出特性）相似。应变片的安置和电桥组接（简称布片组桥）应依据被丈量和被测目标受力散布来确认。还应运用恰当的布片组桥办法消除温度改动和复合载荷效果的影响。
丈量拉伸（紧缩）应变时要选用恰当的布片组桥办法，以便到达温度补偿（测轴向拉（压）时的温度补偿）、消除弯矩影响（用双作业片消除温度的影响）和进步丈量活络度（用四作业片进步丈量的活络度）的意图。
常用应力丈量的布片和组桥办法： 当试件遭到弯矩效果时，其上、下外表会别离发作拉应变或压应变。可经过应变丈量求得弯矩，布片接桥时要注意运用电桥特性，在输出中保存弯应变的影响，消除轴向拉、压力发作的应变成分。
3、典型应变式压力传感器
三、压电式压力传感器
某些电介质沿着某一个方向受力而发作机械变形（紧缩或伸长）时，其内部将发作极化现象，而在其某些外表上会发作电荷。当外力去掉后，它又会从头回到不带电的状况，此现象称为“压电效应”。 压电式传感器的原理是依据某些晶体资料的压电效应。
1、压电压力传感器的根本介绍
常用的压电资料有天然的压电晶体（如石英晶体）和压电陶瓷（如钛酸钡）两大类，它们的压电机理并不相同，压电陶瓷是人工多晶体，压电常数比石英晶体高，但机械性能和安稳性不如石英晶体好。它们都具有较好特性，均是较抱负的压电资料。
压电式压力传感器是运用压电资料的压电效应将被测压力转化为电信号的。由压电资料制成的压电元件遭到压力效果时发作的电荷量与效果力之间呈线性联系：
Q=kSp
式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为效果面积；p为压力。经过丈量电荷量可知被测压力巨细。
电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的一个旁边面与膜片触摸并接地，另一旁边面经过引线将电荷量引出。被测压力均匀效果在膜片上，使压电元件受力而发作电荷。电荷量一般用电荷扩大器或电压扩大器扩大，转化为电压或电流输出，输出信号与被测压力值相对应。
除在校准用的规范压力传感器或高精度压力传感器中选用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件资料多为压电陶瓷，也有用高分子资料（如聚偏二氟乙稀）或复合资料的组成膜的。
替换压电元件能够改动压力的丈量规模；在配用电荷扩大器时，能够用将多个压电元件并联的办法进步传感器的活络度；在配用电压扩大器时，能够用将多个压电元件串联的办法进步传感器的活络度。
2、压电压力传感器的根本特色
压电式压力传感器体积小，结构简略，作业牢靠；丈量规模宽，可测100MPa以下的压力；丈量精度较高；频率呼应高，可达30kHz，是动态压力检测中常用的传感器，但因为压电元件存在电荷走漏，故不适宜丈量缓慢改动的压力和静态压力
压电传感器不能用于静态丈量，因为经过外力效果后的电荷，只要在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实践的状况不是这样的，所以这决议了压电传感器只能够丈量动态的应力。
压电传感器首要运用在加速度、压力和力等的丈量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简略、体积小、重量轻、运用寿命长等优异的特色。压电式加速度传感器在飞机、轿车、船只、桥梁和修建的振荡和冲击丈量中现已得到了广泛的运用，特别是航空和宇航领域中更有它的特别位置。压电式传感器也能够用来丈量发动机内部焚烧压力的丈量与真空度的丈量。也能够用于军事工业，例如用它来丈量枪炮子弹在膛中击发的一会儿的膛压的改动和炮口的冲击波压力。它既能够用来丈量大的压力，也能够用来丈量细小的压力。
压电式传感器也广泛运用在生物医学丈量中，比如说心室导管式微音器便是由压电传感器制成的，因为丈量动态压力是如此遍及，所以压电传感器的运用就十分广泛。
3、压电压力传感器丈量电路
因为压电式传感器的输出电信号很弱小，一般先把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置扩大器中，经过阻抗交流今后，方可用一般的扩大检波电路再将信号输入到指示外表或记载器中。（其间，丈量电路的关键在于高阻抗输入的前置扩大器。）前置扩大器的效果：一是将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是扩大传感器输出的弱小电信号。
前置扩大器电路有两种办法：一是用电阻反应的电压扩大器，其输出电压与输入电压（即传感器的输出）成正比；另一种是用带电容板反应的电荷扩大器，其输出电压与输入电荷成正比。因为电荷扩大器电路的电缆长度改动的影响不大，简直能够忽略不计，故而电荷扩大器运用日益广泛。
4、典型压电压力传感器类型
四、电容式压力传感器
电容式压力传感器选用变电容丈量原理，将由被测压力引起的弹性元件的位移变形转变为电容的改动，用丈量电容的办法测出电容量，便可知道被测压力的巨细。
1、电容式压力传感器根本介绍
依据平行板电容器的电容量表达式
C=εA/d （3-9）
式中为电容极板间介质的介电常数；A为两平行板相对面积；d为两平行板间隔。
由上式可知，改动A、d、其间恣意一个参数都能够使电容量发作改动，在实践丈量中，大多选用坚持其间两个参数不变，而仅改动A或d一个参数的办法，把参数的改动转化为电容量的改动。因此，电容量的改动与被测参数的巨细成份额。
①差动变极距式电容压力传感器
改动电容两平行板间隔d的丈量办法有较高的活络度，但当位移较大时非线性严峻。选用差动电容法能够改进非线性、进步活络度、并可减小因ε受温度影响引起的不安稳性。
左右对称的不锈钢基座内有玻璃绝缘层，其内侧的凹形球面上除边际部格外镀有金属膜作为固定电极，中心被夹紧的弹性膜片作为可动丈量电极，左、右固定电极和丈量电极经导线引出，然后组成了两个电容器。不锈钢基座和玻璃绝缘层中心开有小孔，不锈钢基座两头外侧焊上了波纹密封阻隔膜片，这样丈量电极将空间分隔成左、右两个腔室，其间充溢硅油。当阻隔膜片感触两边压力的效果时，经过硅油将差压传递到弹性丈量膜片的两边然后使膜片发作位移。电容极板间阻隔的改动，将引起两边电容器电容值的改动。
关于差动平板电容器，其电容改动与板间阻隔改动的联系可表示为：
C0=△d/d0 （3-10）
式中 C0为初始电容值；d0为极板间初始间隔；△d为间隔改动量。
此电容量的改动经过恰当的变换器电路，能够转化成反映被测差压的规范电信号输出。
这种传感器结构坚实，活络度高，过载才能大；精度高，其精确度可达±0.25％～±0.05％；能够丈量压力和差压。
②变面积式电容压力传感器
压力效果在金属膜片上，经过中心柱和支撑簧片，使可动电极随簧片中心位移而动作。可动电极与固定电极均是金属同心多层圆筒，断面呈梳齿形，其电容量由两电极交织堆叠部分的面积所决议。固定电极与外壳之间绝缘，可动电极则与外壳导通。压力引起的极间电容改动由中心柱引至恰当的变换器电路，转化成反映被测压力的规范电信号输出。
金属膜片为不锈钢原料，膜片后设有带波纹面的挡块，约束膜片过大变形，以维护膜片在过载时不至于损坏。膜片中心位移不超越0.3mm，膜片反面为无硅油的关闭空间，不与被测介质触摸，可视为安稳的大气压，故仅适用于压力丈量，而不能丈量压差。
其特色是结构简略，活络度高，动态呼应快，可是因为电荷走漏难于避免，不适宜静态力的丈量 （电容式力传感器的结构原理）。
前面章节介绍过压电式传感器的原理和压电式振荡加速度传感器，测力传感器的结构相似。其特色是体积小，动态呼应快，可是也存在电荷走漏，不适宜静态力的丈量。运用中应避免接受横向力和施加予紧力。
电容式压力传感器
在矩形的特别弹性元件上，加工若干个贯穿的圆孔，每个圆孔内固定两个端面平行的丁字形电极，每个电极上贴有铜箔，构成由多个平行板电容器并联组成的丈量电路。在力F效果下，弹性元件变形使极板间矩发作改动，然后改动电容量，如左图（电容式力传感器）所示。
运用电容活络元件将被测压力转化成与之成必定联系的电量输出的压力传感器。它一般选用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感触压力而变形时，薄膜与固定电极之间构成的电容量发作改动，经过丈量电路即可输出与电压成必定联系的电信号。电容式压力传感器归于极距改动型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
单电容式压力传感器 它由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的效果下变形，然后改动电容器的容量，其活络度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的间隔成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的办法制成（图1）。这种型式适于丈量低压，并有较高过载才能。还能够选用带活塞动极膜片制成丈量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便选用较薄的膜片进步活络度。它还与各种补偿和维护部以及扩大电路全体封装在一同，以便进步抗搅扰才能。这种传感器适于丈量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。
差动电容式压力传感器 它的受压膜片电极坐落两个固定电极之间，构成两个电容器（图2）。在压力的效果下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，丈量成果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃外表上镀金属层而制成。过载时膜片遭到凹面的维护而不致决裂。差动电容式压力传感器比单电容式的活络度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以确保对称性），并且不能实现对被测气体或液体的阻隔，因此不适宜作业在有腐蚀性或杂质的流体中。
五、压磁式压力传感器
压磁式压力传感器的原理，某些铁磁资料遭到外力效果时，引起导磁率改动现象，称作压磁效应。其逆效应称作磁致弹性效应。硅钢受紧缩时，其导磁率沿应力方向下降，而沿应力的垂向添加；在受拉伸时，导磁率改动正好相反。假如在硅钢叠片上开有4个对称的通孔，孔中别离绕有彼此笔直的两个线圈，如左图（图压磁元件作业原理）所示，一个线圈为励磁绕组，另一个为丈量绕组。无外力效果时，磁力线不好丈量绕组交链，丈量绕组不发作感应电势。当受外力效果时，磁力线散布发作改动，部份磁力线和丈量绕组交链，并在绕组中发作感应电势，且效果力愈大，感应电势愈大。压磁式压力传感器的典型代表是压磁式转矩传感器。
5.1 压磁式转矩传感器原理。
铁磁资料制成的转轴，具有压磁效应，在受转矩效果后，沿拉应力+ 方向磁阻减小，沿压应力- 方向磁阻增大。在转轴邻近彼此笔直放置两个铁芯线圈A、B，使其开口端与被测转轴坚持1～2mm的空隙，然后由导磁的轴将磁路闭合，如下图所示，AA沿轴向，BB笔直于轴向。在铁芯线圈A中通以50 Hz的沟通电，构成交变磁场。转轴未受转矩效果时，其各向磁阻相同，BB方向正好处于磁力线的等位中心线上，因此铁芯B上的绕组不会发作感应电势。当转轴受转矩效果时，其外表上呈现各向异性磁阻特性，磁力线将从头散布，而不再对称，因此在铁芯B的线圈上发作感应电势。转矩愈大，感应电势愈大，在必定规模内， 感应电势与转矩成线性联系。这样就可经过丈量感应电势e来测定轴上转矩的巨细。
压磁式转矩传感器对错触摸丈量，运用便利，结构简略牢靠，根本上不受温度影响和转轴转速约束，并且输出电压很高（可达10V）。
丈量力时能够直接在被测目标上布片组桥，也能够在弹性元件上布片组桥，使力经过弹性元件传到应变片。常用的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种办法。
①柱式弹性元件 经过柱式弹性元件外表的拉（压）变形测力。应变片的张贴和电桥的衔接应尽或许消除偏疼和弯矩的影响，一般将应变片对称地贴在应力均匀的圆柱外表中部。柱式力传感器能够丈量0.1~3000吨的载荷，常用于大型轧钢设备的轧制力丈量。
②梁式弹性元件 类型有等截面梁、等强度梁和双端固定梁等，经过梁的曲折变形测力，结构简略，活络度较高。
③环式弹性元件 分为圆环式和八角环式。它也是经过元件的曲折变形测力，结构较紧凑。实践运用如切削测力仪。
④轮辐式弹性元件 轮幅式弹性元件受力状况可分为拉压、曲折和剪切。前两类测力弹性元件常常选用，精度和安稳性已到达必定水平，可是设备条件改动或受力点移动，会引起难于估量的差错。剪切受力的弹性元件具有对加载办法不活络、抗偏载、侧向安稳、外形矮等特色。
其特色是硅钢资料受力面加大后，能够丈量数千吨的力，且输出电势较大，乃至只需滤波整流，无需扩大处理。常用于大型轧钢机的轧制力丈量。运用中应避免因侧向力搅扰而损坏硅钢的叠片结构（压磁式测力设备的作业原理）。
