應變式壓力傳感器 分類及工作原理介紹

2020-12-13 知識圖譜

我們知道壓力傳感器作工業實踐中最為常見的傳感器，廣泛的應用於各種工業自控。傳感器的種類繁多，應用的領域也不盡相同。在今天的文章中，皮卡中國小編將為大家介紹應變式壓力傳感器，來了解一下它的工作原理及應用領域。

什麼是應變式壓力傳感器

應變式壓力傳感器又名電阻應變片壓力傳感器，它是利用彈性敏感元件和應變計將被測壓力轉換為相應電阻值變化的壓力傳感器。

應變式壓力傳感器應用

應變式壓力傳感器是壓力傳感器中應用比較多的一種傳感器，它一般用於測量較大的壓力，廣泛應用於測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和飛彈試驗中的脈動壓力，以及各種領域中的流體壓力等。

應變式壓力傳感器工作原理

應變式壓力傳感器的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω。cm2/m ）

S ——導體的截面積（cm2 ）

L ——導體的長度（m ）

我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，
從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。

應變式壓力傳感器分類

1、應變管式

又稱應變筒式。它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統連接。在筒壁上貼有2片或4片應變片，其中一半貼在實心部分作為溫度補償片,另一半作為測量應變片。當沒有壓力時 4片應變片組成平衡的全橋式電路;當壓力作用於內腔時,圓筒變形成「腰鼓形」,使電橋失去平衡,輸出與壓力成一定關係的電壓。這種傳感器還可以利用活塞將被測壓力轉換為力傳遞到應變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應變管式壓力傳感器的結構簡單、製造方便、適用性強，在火箭彈、炮彈和火炮的動態壓力測量方面有廣泛應用。

2、膜片式

它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時，中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值，而邊緣處徑向應變達到負的最大值，切向應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處，並接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補償作用。採用圓形箔式應變計(見電阻應變計)則能最大限度地利用膜片的應變效果。這種傳感器的非線性較顯著。膜片式壓力傳感器的最新產品是將彈性敏感元件和應變片的作用集於單晶矽膜片一身，即採用集成電路工藝在單晶矽膜片上擴散製作電阻條，並採用周邊固定結構製成的固態壓力傳感器（見壓阻式傳感器）。

3、應變梁式

測量較小壓力時，可採用固定梁或等強度梁的結構。一種方法是用膜片把壓力轉換為力再通過傳力杆傳遞給應變梁。將兩端固定梁的最大應變處在梁的兩端和中點，應變片就貼在這些地方。這種結構還有其他形式，例如可採用懸梁與膜片或波紋管構成。

4、組合式

在組合式應變壓力傳感器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應變元件。感受元件把壓力轉換為力傳遞到彈性應變元件應變最敏感的部位，而應變片則貼在彈性應變元件的最大應變處。實際上較複雜的應變管式和應變梁式都屬於這種型式。

感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應變元件有懸臂梁、固定梁、Π形梁、 環形梁、薄壁筒等。它們之間可根據不同需要組合成多種型式。 

應變式壓力傳感器優點

1、精度高、測量範圍大。

2、頻率響應特性好。

3、應變片尺寸小、重量輕、使用方便、測量速度快。測量時對被檢測的工作組昂太和應力分布基本上無影響。既可用於靜態測量，又可用於動態測量。

4、適應性強。可在高溫、超低溫、水下、強磁場以及核輻射等惡劣環境下使用。

5、測量應變的靈敏度和精度高，性能穩定、可靠，誤差小於1%。

6、價格便宜，品種多，工藝較成熟。

應變式壓力傳感器缺點

1、在打的應變狀態中具有明顯的非線性，半導體應變式傳感器的非線性更為突出。

2、輸出信號微弱，抗幹擾能力差，需要採取屏蔽措施。

3、只能測出一點或應變柵範圍內的平均應變，不能顯示應力場中應力梯度的變化。

應變式壓力傳感器特點

1、應變筒式

該傳感器的特點是具有較高的強度和抗衝擊穩定性，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。適於測量高頻脈動壓力，又加上強制水冷卻。也適於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。

2、膜片式

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。但小壓力測量中於變形很小，非線性誤差可小於0.5％，同時又有較高的靈敏度，因此在衝擊波的測量中，國內外都用過這種膜片式壓力傳感器。

3、應變梁式

適用於壓力較小的測量，輸出信號不受測力點位置變化的影響。並且這款傳感器結構簡單、穩定性好，易於安裝和維修。

4、應變組合式

主要用來測量流動介質動態或靜態壓力，例如動力管道設備的進出、氣體或液體的壓力、內燃機管道壓力等等。原文地址：http://www.pikacn.com/news/20155/2708.html

結語：以上就是應變式壓力傳感器分類及工作原理的介紹，相信大家對壓力傳感器有了進一步的認識。在今後的文章中，皮卡中國小編將陸續為大家介紹傳感器的知識，敬請關注。

 

拓展內容：

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