壓力傳感器有哪幾種_壓力傳感器參數

2020-12-02 電子發燒友

　　壓力傳感器有哪幾種

　　一、壓電壓力傳感器

　　壓電式壓力傳感器主要基於壓電效應，利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中，原因是受到外力作用後的電荷，當迴路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實際上並不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。

　　二、壓阻壓力傳感器

　　壓阻壓力傳感器主要基於壓阻效應，壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同於上述壓電效應，壓阻效應只產生阻抗變化，並不會產生電荷。大多數金屬材料與半導體材料都被發現具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大於金屬。由於矽是現今集成電路的主要，以矽製作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變，而且也來自材料本身與應力相關的電阻，這使得其程度因子大於金屬數百倍之多。N型矽的電阻變化主要是由於其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由於來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量的變化。在P型矽中，此現象變得更複雜，而且也導致等效質量改變及電洞轉換。

　　三、電容式壓力傳感器

　　電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般採用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關係的電信號。電容式壓力傳感器屬於極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

　　四、電磁壓力傳感器

　　主要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。

　　1、電感壓力傳感器

　　①電感式壓力傳感器是由於磁性材料和磁導率不同，當壓力作用於膜片時，氣隙大小發生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個電感的變化轉化成相應的信號輸出，從而達到測量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種：變磁阻和變磁導。電感式壓力傳感器的優點在於靈敏度高、測量範圍大；缺點就是不能應用於高頻動態環境。

　　②變磁阻式壓力傳感器主要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙形成了一個磁路。當有壓力作用時，氣隙大小改變，即磁阻發生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測出壓力。

　　③在磁通密度高的場合，鐵磁材料的導磁率不穩定，這種情況下可以採用變磁導式壓力傳感器測量。變磁導式壓力傳感器用一個可移動的磁性元件代替鐵芯，壓力的變化導致磁性元件的移動，從而磁導率發生改變，由此得出壓力值。

　　2、霍爾壓力傳感器

　　①霍爾壓力傳感器是基於某些半導體材料的霍爾效應製成的。霍爾效應是指當固體導體放置在一個磁場內，且有電流通過時，導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產生電壓（霍爾電壓）的現象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性，可證實導體內部的電流是由帶有負電荷的粒子（自由電子）之運動所造成。

　　②在導體上外加與電流方向垂直的磁場，會使得導線中的電子受到洛倫茲力而聚集，從而在電子聚集的方向上產生一個電場，此電場將會使後來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得後來的電子能順利通過不會偏移，此稱為霍爾效應。而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。

　　③當磁場為一交變磁場時，霍爾電動勢也為同頻率的交變電動勢，建立霍爾電動勢的時間極短，故其響應頻率高。理想霍爾元件的材料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率，以便獲得較大的霍爾電動勢。常用霍爾元件的材料大都是半導體，包括N型矽（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦InAs）、鍺（Ge）、砷化鎵GaAs）及多層半導體質結構材料，N型矽的霍爾係數、溫度穩定性和線性度均較好，砷化鎵溫漂小，目前應用。

　　3、電渦流壓力傳感器

　　基於電渦流效應的壓力傳感器。電渦流效應是由一個移動的磁場與金屬導體相交，或是由移動的金屬導體與磁場垂直交會所產生。簡而言之，就是電磁感應效應所造成。這個動作產生了一個在導體內循環的電流。電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應等特性，因此電渦流壓力傳感器可用於靜態力的檢測。

　　五、振弦式壓力傳感器

　　振弦式壓力傳感器屬於頻率敏感型傳感器，這種頻率測量具有想當高的準確度，因為時間和頻率是能準確測量的物理量參數，而且頻率信號在傳輸過程中可以忽略電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。同時，振弦式壓力傳感器還具有較強的抗幹擾能力，零點漂移小、溫度特性好、結構簡單、解析度高、性能穩定，便於數據傳輸、處理和存儲，容易實現儀表數位化，所以振弦式壓力傳感器也可以作為傳感技術發展的方向之一。

　　振弦式壓力傳感器的敏感元件是拉緊的鋼弦，敏感元件的固有頻率與拉緊力的大小有關。弦的長度是固定的，弦的振動頻率變化量可用來測算拉力的大小，即輸入是力信號，輸出的是頻率信號。振弦式壓力傳感器分為上下兩個部分組成，下部構件主要是敏感元件組合體。上部構件是鋁殼，包含一個電子模塊和一個接線端子，分成兩個小室放置，這樣在接線時就不會影響電子模塊室的密封性。

　　壓力傳感器參數

　　1.溫度範圍

　　壓力傳感器的溫度範圍分為補償溫度範圍和工作溫度範圍。補償溫度範圍是由於施加了溫度補償，精度進入額定範圍內的溫度範圍。工作溫度範圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度範圍。

　　2.壓力遲滯

　　為在室溫下及工作壓力範圍內，從小工作壓力和工作壓力趨近某- -壓力時，傳感器輸出之差。

　　3.線性度

　　線性度是指在工作壓力範圍內，傳感器輸出與壓力之間直線關係的偏離。

　　4.額定壓力範圍

　　額定壓力範圍是滿足標準規定值的壓力範圍。也就是在和低溫度之間，傳感器輸出符合規定工作特性的壓力範圍。在實際應用時傳感器所測壓力在該範圍之內。

　　5.壓力範圍

　　壓力範圍是指傳感器能長時間承受的壓力，且不引起輸出特性性改變。特別是半導體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，-般都大幅度減小額定壓力範圍。因此，即使在額定壓力以上連續使用也不會被損壞。一般壓力是額定壓力值的2 - 3倍。

　　6.損壞壓力

　　損壞壓力是指能夠加在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的壓力。

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