壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中zui為常用的一種傳感器，其廣
應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能
建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、*、石化、油井、電力、船
舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感
器原理及其應(yīng)用
1 、應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用
力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體
應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器
、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳
感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極
低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要
介紹這類傳感器。
  在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片
這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成
為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組
成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用zui多的是金屬電阻應(yīng)變片和半
導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔
狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘
合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電
阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而
使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的
阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通
過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是
A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
   金屬電阻應(yīng)變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
如圖1 所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、
金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根
據(jù)不同的用途，電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)，但電
阻的取值范圍應(yīng)注意：阻值太小，所需的驅(qū)動(dòng)電流太大，同
時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，
使應(yīng)變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調(diào)零電路過
于復(fù)雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁*力較
差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
電阻應(yīng)變片的工作原理
金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨
機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金
屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：
式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ）
S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ）
L ——導(dǎo)體的長度（m ）
我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長
度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻
值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度
增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作
用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會(huì)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(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情
2 、陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用
抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在
陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷
在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于
壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度
線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓
力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)
變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度
穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0 ～70℃，并可
以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。
陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)
的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作
溫度范圍高達(dá)-40 ～135 ℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)
定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號(hào)強(qiáng)，長期穩(wěn)定性好。高
特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在
歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來
越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。
3 、擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用
工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹
鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳
感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)
換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。
原理圖
4 、藍(lán)寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用
利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅- 藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感
元件，具有的計(jì)量特性。
藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和
蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶
石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC 以內(nèi)），因此，
利用硅- 藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感
，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗
輻射特性*；另外，硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n
漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確
保了高成品率。
用硅- 藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，
可在zui惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好
、溫度誤差極小、性價(jià)比高。
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和
鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)
寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接
收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一
起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變
被硅- 藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化，變
化的幅度與被測壓力成正比。
傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋
的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出（0-5 ，4-20mA或0-5V
）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍(lán)寶石薄片，與陶瓷基
極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓
力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達(dá)到壓力測量的目的。
5 、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用
壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉
和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓
電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，
壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完
全消失（這個(gè)高溫就是所謂的 “居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)
力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石
英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的
壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的
環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高
溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包
括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT 、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓
電陶瓷等等。
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量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電
式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單
、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加
速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖
擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域
中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動(dòng)
機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事
工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛
壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓
力，也可以用來測量微小的壓力。
壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室
導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量動(dòng)態(tài)壓
力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛