干貨：壓力傳感器的工作原理及趨勢(shì)分析

　　壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(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、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。并且在不同環(huán)境下，需要使用不同類(lèi)型的壓力傳感器，以避免誤差。

　　不同壓力傳感器的工作原理

　　1、壓阻式力傳感器：電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。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(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

　　2、陶瓷壓力傳感器：陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng)，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，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2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

　　3、擴(kuò)散硅壓力傳感器：擴(kuò)散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(yīng)，利用壓阻效應(yīng)原理，被測(cè)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，利用電子線路檢測(cè)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(cè)量信號(hào)。

　　4、藍(lán)寶石壓力傳感器：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，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特性。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)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無(wú)p-n漂移。

　　5、壓電式壓力傳感器：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(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)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。

　　壓力傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

　　壓力傳感器主要應(yīng)用于：增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機(jī)，壓縮機(jī)，空調(diào)制冷設(shè)備等領(lǐng)域。

　　1、應(yīng)用于液壓系統(tǒng)

　　壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中主要是來(lái)完成力的閉環(huán)控制。當(dāng)控制閥芯突然移動(dòng)時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)形成幾倍于系統(tǒng)工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機(jī)械和工業(yè)液壓中，如果設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到這樣的極端工況，任何壓力傳感器很快就會(huì)被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器，壓力傳感器實(shí)現(xiàn)抗沖擊主要有2種方法，一種是換應(yīng)變式芯片，另一種方法是外接盤(pán)管，一般在液壓系統(tǒng)中采用第一種方法，主要是因?yàn)榘惭b方便。此外還有一個(gè)原因是壓力傳感器還要承受來(lái)自液壓泵不間斷的壓力脈動(dòng)。

　　2.應(yīng)用于安全控制系統(tǒng)

　　壓力傳感器在安全控制系統(tǒng)中經(jīng)常應(yīng)用，主要針對(duì)的領(lǐng)域是空壓機(jī)自身的安全管理系統(tǒng)。在安全控制領(lǐng)域有很多傳感器應(yīng)用，壓力傳感器作為一種非常常見(jiàn)的傳感器，在安全控制系統(tǒng)中應(yīng)用也不足為奇。

　　在安全控制領(lǐng)域應(yīng)用一般從性能方面來(lái)考慮，從價(jià)格上的考慮，還有從實(shí)際操作的安全性方便性來(lái)考慮，實(shí)際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機(jī)械設(shè)備的加工技術(shù)將一些元件以及信號(hào)調(diào)節(jié)器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優(yōu)點(diǎn)之一，除此之外，價(jià)格便宜也是它的另一大優(yōu)點(diǎn)。在一定程度上它能夠提高系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確度。在安全控制系統(tǒng)中，通過(guò)在出氣口的管道設(shè)備中安裝壓力傳感器來(lái)在一定程度上控制壓縮機(jī)帶來(lái)的壓力，這算是一定的保護(hù)措施，也是非常有效的控制系統(tǒng)。當(dāng)壓縮機(jī)正常啟動(dòng)后，如果壓力值未達(dá)到上限，那么控制器就會(huì)打開(kāi)進(jìn)氣口通過(guò)調(diào)整來(lái)使得設(shè)備達(dá)到最大功率。

　　3.應(yīng)用于注塑模具

　　壓力傳感器在注塑模具中有著重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機(jī)的噴嘴、熱流道系統(tǒng)、冷流道系統(tǒng)和模具的模腔內(nèi)，它能夠測(cè)量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過(guò)程中從注塑機(jī)的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。

　　4.應(yīng)用于監(jiān)測(cè)礦山壓力

　　傳感器技術(shù)作為礦山壓力監(jiān)控的關(guān)鍵性技術(shù)之一。一方面，我們應(yīng)該正確應(yīng)用已有的各種傳感器來(lái)為采礦行業(yè)服務(wù);另一方面，作為傳感器廠家還要研制和開(kāi)發(fā)新型壓力傳感器來(lái)適應(yīng)更多的采礦行業(yè)應(yīng)用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監(jiān)測(cè)的特殊環(huán)境，礦用壓力傳感器主要有：振弦式壓力傳感器、半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器、金屬應(yīng)變片式壓力傳感器、差動(dòng)變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產(chǎn)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，具體使用哪種傳感器還有根據(jù)具體的采礦環(huán)境進(jìn)行選擇。

　　5.應(yīng)用于促進(jìn)睡眠

　　壓力傳感器本身無(wú)法促進(jìn)睡眠，我們只是將壓力傳感器放在床墊地下，由于壓力傳感器具有高靈敏度，當(dāng)人發(fā)生翻身、心跳以及呼吸等有關(guān)的動(dòng)作時(shí)，傳感器會(huì)分析這一系列信息，去推斷睡眠人睡覺(jué)處于一個(gè)什么狀態(tài)，然后通過(guò)對(duì)傳感器的分析，收集傳感器的信號(hào)得到心跳和呼吸節(jié)奏等睡眠的數(shù)據(jù)，最后將所有數(shù)據(jù)處理譜成一首段的曲目，當(dāng)然能將你一個(gè)晚上的睡眠壓縮成一首幾分鐘的音樂(lè)。

　　6.應(yīng)用于壓縮機(jī)，空調(diào)冷設(shè)備

　　壓力傳感器常用于空氣壓力機(jī)，以及空調(diào)制冷設(shè)備，這類(lèi)傳感器產(chǎn)品外形小巧、安裝方便、導(dǎo)壓口一般采用專(zhuān)用閥針式設(shè)計(jì)。

　　趨勢(shì)

　　1.主要垂直行業(yè)，包括石油和天然氣、汽車(chē)和醫(yī)療保健的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了多種應(yīng)用程序以及壓力傳感器功能的演變。

　　2.汽車(chē)領(lǐng)域是壓力傳感器的最重要的用戶之一，汽車(chē)生產(chǎn)的激增導(dǎo)致對(duì)壓力傳感器和相關(guān)組件的需求不斷增加。

　　3.機(jī)動(dòng)車(chē)安全已成為整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的重要方面，圍繞此項(xiàng)特性的嚴(yán)格的政府法規(guī)有助于促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)壓力傳感器的需求增長(zhǎng)。

　　4.基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的技術(shù)一直以來(lái)廣受大眾歡迎，采用量大增，導(dǎo)致壓力傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)。

　　5.消費(fèi)電子壓力傳感器使用量大大增加，成為整個(gè)市場(chǎng)發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　6.終端使用行業(yè)如汽車(chē)和醫(yī)療保健市場(chǎng)趨于成熟成為阻礙北美和歐洲壓力傳感器市場(chǎng)的一大挑戰(zhàn)。

　　7.在亞洲國(guó)家，如中國(guó)、日本、印度和韓國(guó)快速的工業(yè)化和機(jī)動(dòng)車(chē)生產(chǎn)都可以歸結(jié)為亞太壓力傳感器市場(chǎng)的發(fā)展。

　　8.亞太和中東地區(qū)的智能城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展持有巨大的未來(lái)增長(zhǎng)潛力。

　　9.消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)壓力傳感器對(duì)其安裝和更換不斷飆升的成本心存憂慮，可能會(huì)影響壓力傳感器市場(chǎng)。

　　10.在過(guò)去的幾年中，壓力傳感器市場(chǎng)取得了迅速進(jìn)展，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)格局產(chǎn)生了積極影響，為市場(chǎng)引入了新的參與者并擴(kuò)大了市場(chǎng)現(xiàn)有參與者的范圍。