壓力傳感器的工作原理是什么？具體介紹

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，輸出為數(shù)字信號(hào)。而通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

壓力傳感器的工作原理是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械原理：彈性元件產(chǎn)生的變形會(huì)導(dǎo)致電阻、電容或電感的變化，從而實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的變化。壓力傳感器的彈性元件通常由金屬或聚合物材料制成，可以感覺到外部壓力的變化，然后變形。當(dāng)外部壓力作用于傳感器時(shí)，彈性元件會(huì)變形并產(chǎn)生相應(yīng)的效果。例如，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，或其電容和電感量會(huì)隨著壓力的變化而成比例變化。

主要用途：

1、在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，壓力傳感器用于測(cè)量壓力，計(jì)算壓力變化，以調(diào)節(jié)壓力，并輸出壓力變化的數(shù)據(jù)，是工業(yè)自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)試和智能分析系統(tǒng)的重要組成部分。

2、壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中也可以作為控制、測(cè)量和調(diào)節(jié)參數(shù)，用于控制葉片和液壓執(zhí)行器的行程和速度，以及各種類型液壓系統(tǒng)的安全和節(jié)能控制。

3、壓力傳感器在交通系統(tǒng)中可以作為控制、測(cè)量和調(diào)節(jié)參數(shù)，以提高交通流量，降低能耗和安全性。

4、在海洋工程中，壓力傳感器可以測(cè)量海洋壓力，以便研究海洋動(dòng)力學(xué)，提高漁業(yè)行業(yè)的安全性和效率。

5、壓力傳感器在環(huán)境和安全系統(tǒng)中可以作為控制、測(cè)量和調(diào)節(jié)參數(shù)，用于室內(nèi)和戶外壓力測(cè)量，測(cè)量空氣污染物和氣象變化，提高環(huán)境安全性和節(jié)能效率。

基于上述原理，壓力傳感器通常分為電阻、電容和電感三種傳感器。其中，電阻壓力傳感器是最常見的，它利用電阻的變化來檢測(cè)壓力。電容壓力傳感器利用電容的變化進(jìn)行檢測(cè)，而電感壓力傳感器利用電感的變化進(jìn)行檢測(cè)。

電阻壓力傳感器的工作原理是基于對(duì)材料電阻率、溫度和屈服程度的依賴。當(dāng)一種各向同性材料在一定長度的兩端施加力時(shí)，它會(huì)變形和伸長，但在線性范圍內(nèi)會(huì)有穩(wěn)定性。由于其相應(yīng)的材料特性，由于壓力的變化，其電阻值會(huì)相應(yīng)地變化。

電容式壓力傳感器的工作原理不同于電感式壓力傳感器。電容式壓力傳感器利用其感覺區(qū)域電容器的變化進(jìn)行檢測(cè)。電感式壓力傳感器利用磁感應(yīng)量的變化進(jìn)行檢測(cè)。這兩種傳感器比電阻式壓力傳感器更精確，但由于它們涉及到更多的電路設(shè)計(jì)和制造過程，其成本、體積和維護(hù)成本相對(duì)較高。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

壓力傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、后續(xù)處理部分組成，一般應(yīng)用應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量，應(yīng)變片的制造原理是依據(jù)橋式電路，當(dāng)在橋臂上的電阻滿足這樣的條件：R1R3=R2R4時(shí)電橋平衡，則輸出的電壓為零，當(dāng)電阻由變化的時(shí)候，電橋不平衡，有一定的電壓輸出?？煞譃閱伪垭姌?、雙臂電橋、全臂電橋，其輸出的電壓與電阻的變化量成近似的線性變化。應(yīng)變片是很薄的薄片，上表面鑲嵌兩個(gè)有電阻絲制成的電阻，同時(shí)下表面也有兩個(gè)同樣的電阻，在連接上形成橋式電路，當(dāng)應(yīng)變片上沒有壓力是，說出的電壓為零，當(dāng)有壓力作用時(shí)，上邊的電阻變大，下面的電阻變小，電橋不平恒，而且是相同的電阻絲，其電阻的變化量相同，輸出的電壓與電阻的變化量成線性關(guān)系，這樣通過求壓力就可以測(cè)量出壓力的大小。除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料，在不同的場(chǎng)合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。