壓力傳感器的應(yīng)用實(shí)例詳解

壓力傳感器是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)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力傳感器的應(yīng)用。

一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常分為三個(gè)部分：檢測(cè)、控制、執(zhí)行。工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象，必須能與其它兩個(gè)部分相兼容，提供壓力傳感器接口，使之成為一個(gè)完整的有機(jī)整體。無論是單機(jī)自動(dòng)化或還是大型自動(dòng)化裝置，都應(yīng)該保護(hù)控制對(duì)象，使之用途發(fā)揮達(dá)到最大。

壓力傳感器在稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用

在工業(yè)控制技術(shù)的商用稱重系統(tǒng)中，壓力傳感技術(shù)越來越多的被應(yīng)用。

在很多壓力控制過程中，經(jīng)常需要采集壓力信號(hào)， 轉(zhuǎn)換成能夠進(jìn)行自動(dòng)化控制的電信號(hào)。

以壓力傳感器制作的壓力控制裝置一般稱為電子稱重系統(tǒng)，電子稱重系統(tǒng)作為各種工業(yè)過程中物料流動(dòng)的在線控制工具顯得越來越重要。電子稱重系統(tǒng)既能組合在產(chǎn)品制造過程中優(yōu)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能把有關(guān)生產(chǎn)過程中物料流動(dòng)的數(shù)據(jù)加以采集并傳送到數(shù)據(jù)處理中心，作為在線庫存控制和財(cái)務(wù)結(jié)算之用。

在稱重的過程自動(dòng)化控制中，要求壓力傳感器不僅能感知重力信號(hào)，而且其性能必須可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性要好、抗干擾性能要好;壓力傳感器提供的信號(hào)經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)可以直接顯示、記錄打印、存儲(chǔ)或用于反饋調(diào)節(jié)控制。

通過集成技術(shù)將壓力傳感器與測(cè)量線路集成在一起，使得整個(gè)裝置的體積大大減?。涣硗馄帘渭夹g(shù)的發(fā)展，也將使得稱重壓力傳感器的抗干擾能力得到保障，使得稱重過程的自動(dòng)化控制程度進(jìn)一步得到提高。

壓力傳感器在石化行業(yè)中的應(yīng)用

壓力傳感器是石化行業(yè)自動(dòng)控制中使用最多的測(cè)量裝置之一。在大型的化工項(xiàng)目中，幾乎包含了所有壓力傳感器的應(yīng)用：差壓、絕壓、表壓、高壓、微差壓、高溫、低溫，以及各種材質(zhì)及特殊加工的遠(yuǎn)傳法蘭式壓力傳感器。

幾乎石化行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求主要集中在可靠性、穩(wěn)定性和高精度3個(gè)方面。其中，可靠性和許多附加需求，如，量程比、總線類型等，依賴變送器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝水平和結(jié)構(gòu)材料。壓力變送器的穩(wěn)定性和高精度則主要由壓力傳感器的穩(wěn)定性和測(cè)量精度保證。

與壓力變送器的測(cè)量精度相對(duì)應(yīng)的是壓力傳感器的測(cè)量精度和響應(yīng)速度，與壓力變送器的穩(wěn)定性相對(duì)應(yīng)的是壓力傳感器的溫度特性和靜壓特性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。石化行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求就體現(xiàn)在測(cè)量精度、快速響應(yīng)、溫度特性和靜壓特性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性4個(gè)方面。

微壓力傳感器是采用半導(dǎo)體材料和MEMS工藝制造的新型壓力傳感器，具有精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)特性好、體積小、耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。純單晶硅的材料疲勞小，采用這種材料制造的微壓力傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。同時(shí)，微壓力傳感器易于與微溫度傳感器集成，增加溫度補(bǔ)償精度，大幅提高傳感器的溫度特性和測(cè)量精度。

如果將2個(gè)微壓力傳感器集成，又可以實(shí)現(xiàn)靜壓補(bǔ)償，從而提高壓力傳感器的靜壓特性。如今，微壓力傳感器具有許多傳統(tǒng)壓力傳感器不具備的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足石化行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求。

壓力傳感器在水處理中的應(yīng)用

我國(guó)的環(huán)保水處理行業(yè)， 近些年得到快速的發(fā)展，并且未來前景廣闊。

在供水和污水處理工藝中有賴于使用壓力傳感器為系統(tǒng)保護(hù)和質(zhì)量保證提供重要控制和監(jiān)測(cè)手段。

壓力傳感器將壓力（一般指液體或氣體的壓力）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，該壓力電信號(hào)也可進(jìn)而用于測(cè)量靜態(tài)流體的液位，因此可用來測(cè)量液位。壓力傳感器的敏感組件主要有硅杯敏感元件、硅油、隔離膜片和導(dǎo)氣管組成，被測(cè)介質(zhì)壓力P通過隔離膜片和硅油傳遞到硅杯元件的一側(cè)（見圖），大氣參考?jí)簆o通過導(dǎo)氣管作用到硅杯元件的另一側(cè)，硅杯元件是一個(gè)底部加工得很薄 的杯形單晶硅片。杯底膜片在壓力P和Po做用下產(chǎn)生位移極小的彈性變形，單晶硅是理想的彈性體，其變形與壓力成嚴(yán)格的正比關(guān)系，而且復(fù)原性能又極好。

硅膜片上用半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝形成的四個(gè)橋路電阻布置成方形，當(dāng)硅膜片受到壓力產(chǎn)生變形時(shí)，處于對(duì)角線上的二電阻受壓應(yīng)力，而另為二個(gè)電阻受張應(yīng)力，由于擴(kuò)散硅的壓阻效應(yīng)，使相對(duì)的二個(gè)電阻阻值增大，二另為二個(gè)電阻阻值減小。如果在A-A二端上加上電壓，則C-D間就有一個(gè)P-Po差壓成正比的電壓信號(hào)輸出。

壓力傳感器在智能手機(jī)中的應(yīng)用

壓力傳感器在智能手機(jī)上用來測(cè)量大氣壓，但測(cè)量大氣壓對(duì)于普通的手機(jī)用戶來說又有什么作用呢？

海拔高度測(cè)量

對(duì)于喜歡登山的人來說，都會(huì)非常關(guān)心自己所處的高度。海拔高度的測(cè)量方法，一般常用的有2種方式，一是通過GPS全球定位系統(tǒng)，二是通過測(cè)出大氣壓，然后根據(jù)氣壓值計(jì)算出海拔高度。

由于受到技術(shù)和其它方面原因的限制，GPS計(jì)算海拔高度一般誤差都會(huì)有十米左右，而如果在樹林里或者是在懸崖下面時(shí)，有時(shí)候甚至接收不到GPS衛(wèi)星信號(hào)。

而氣壓的方式可選擇的范圍會(huì)廣些，而且可以把成本可以控制在比較低的水平。另外像Galaxy Nexus等手機(jī)的壓力傳感器還包括溫度傳感器，它可以捕捉到溫度來對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，以增加測(cè)量結(jié)果的精度。

所以在智能手機(jī)原有GPS的基礎(chǔ)上再增加壓力傳感器功能，可以讓三維定位更加精準(zhǔn)。

輔助導(dǎo)航

現(xiàn)在不少開車人士會(huì)用手機(jī)來進(jìn)行導(dǎo)航，但在高架橋里導(dǎo)航常常會(huì)出錯(cuò)。比如在高架橋上時(shí)，GPS無法判斷你是橋上還是橋下而造成的錯(cuò)誤導(dǎo)航。

而如果手機(jī)里增加一個(gè)壓力傳感器就不一樣了，他的精度可以做到1米，這樣就可以很好的輔助GPS來測(cè)量出所處的高度，錯(cuò)誤導(dǎo)航的問題也就解決了。

室內(nèi)定位

由于在室內(nèi)無法很好的接收GPS信號(hào)，所以當(dāng)使用者進(jìn)入一幢很厚的樓宇時(shí)，內(nèi)置感應(yīng)器可能會(huì)失去衛(wèi)星的信號(hào)，所以無法識(shí)別用戶的地理位置，并且無法感知垂直高度。而如果手機(jī)加上壓力傳感器再配合加速度計(jì)、陀螺儀等技術(shù)就可以做到精準(zhǔn)的室內(nèi)定位。

壓力傳感器在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用

隨著醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)壓力傳感器在醫(yī)療行業(yè)中使用提出了更高的要求，如精度、可靠性、穩(wěn)定性、體積等都需要加以改進(jìn)。 壓力傳感器在微創(chuàng)導(dǎo)管消融術(shù)和體溫傳感器測(cè)量中有著較好的應(yīng)用。

微創(chuàng)手術(shù)不僅可以減少手術(shù)部位的創(chuàng)傷，而且大大減輕患者的疼痛，恢復(fù)過程也很快。能達(dá)到這樣的要求，除了醫(yī)生的手術(shù)操作經(jīng)驗(yàn)之外，還與各種醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備?，F(xiàn)在很多用于此操作的醫(yī)療器械都是微小的，像各種各樣的導(dǎo)管和消融設(shè)備。導(dǎo)管包括熱稀釋導(dǎo)管、尿道管、食管導(dǎo)管和中心靜脈導(dǎo)管和顱內(nèi)壓力容器等，它們除具有導(dǎo)電功能，導(dǎo)管在溫度或壓力傳感器，患者的病理檢查和微創(chuàng)手術(shù)的順利進(jìn)行提供了重要保障，溫度和壓力參數(shù)是成功操作的關(guān)鍵參數(shù)。

傳感器能夠放置在靠近患者的位置對(duì)于許多應(yīng)用來說非常關(guān)鍵，比如在透析應(yīng)用中，準(zhǔn)確地測(cè)量透析液和靜脈壓力就非常重要。壓力傳感器必須能夠精確地監(jiān)測(cè)透析液和血液的壓力以確保其維持在所設(shè)定的范圍內(nèi)。

此類型應(yīng)用需求傳感器必須外形小巧且能夠耐受液體介質(zhì)。在許多情況下，與液體介質(zhì)不兼容的傳感器需要額外安裝部件來保護(hù)它，增加了產(chǎn)品的體積、費(fèi)用以及復(fù)雜性。液體介質(zhì)耐受力在監(jiān)測(cè)病人呼吸時(shí)顯得特別重要，因?yàn)榇颂幍膫鞲衅鞅仨毮軌虺惺懿∪说目人院秃舫龅某睗窨諝狻?/p>

MEMS壓力傳感器在多種應(yīng)用領(lǐng)域得到大量使用

MEMS壓力傳感器是一種薄膜元件，受到壓力時(shí)變形。可以利用應(yīng)變儀（壓阻型感測(cè)）來測(cè)量這種形變，也可以通過電容感測(cè)兩個(gè)面之間距離的變化來加以測(cè)量。這兩種方法都很流行。

汽車產(chǎn)業(yè)仍然是MEMS壓力傳感器的最大應(yīng)用領(lǐng)域，占其銷售額的72%，其次是醫(yī)療電子占12%，工業(yè)領(lǐng)域占10%，消費(fèi)電子與軍用航空占據(jù)其余的6%市場(chǎng)。

在汽車領(lǐng)域，引擎管理是其主要應(yīng)用，包括汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的歧管空氣壓力傳感器和柴油車中的共軌壓力傳感器，尤其是在歐洲。為了改善燃燒情況，有些組織也在研究可以在汽缸內(nèi)工作的壓力傳感器，以更好地測(cè)量參與化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的準(zhǔn)確比例，并把數(shù)據(jù)反饋給引擎管理系統(tǒng)。

由于工作環(huán)境惡劣，汽車傳感器的價(jià)格比消費(fèi)類傳感器高得多。另外，汽車傳感器需要較長(zhǎng)的鑒定時(shí)間，而且這些傳感器必須能可靠工作長(zhǎng)達(dá)15年的時(shí)間。有些傳感器，比如剎車或輪胎壓力傳感器，對(duì)于汽車安全至關(guān)重要。

MEMS壓力傳感器在汽車中的一個(gè)新應(yīng)用是傳動(dòng)系統(tǒng)壓力感測(cè)，通常用于自動(dòng)裝置之中，但也用于新型雙離合器傳動(dòng)系統(tǒng)。德國(guó)廠商博世最近進(jìn)入該市場(chǎng)，推出了一款MEMS解決方案，使用油來保護(hù)硅薄膜，使其可以最高耐受70巴的壓力。多孔硅的MEMS器件，也已用于目前的側(cè)面氣囊等應(yīng)用之中。

在醫(yī)療市場(chǎng)，壓力傳感器主要充當(dāng)外科手術(shù)使用的一次性低成本導(dǎo)管。但它們也用于昂貴的設(shè)備之中，在連續(xù)氣道正壓通氣（CPAC）機(jī)中感測(cè)壓力與差流。這些器件潛力巨大，可能在2015年以后成為可植入傳感器?？芍踩雮鞲衅鞑恍枰姵鼐湍芄ぷ?，可以用于心臟測(cè)量和監(jiān)測(cè)青光眼。

在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器的主要應(yīng)用包括采暖通風(fēng)及空調(diào)（HVAC）、水平面測(cè)量、各種工業(yè)過程與控制應(yīng)用。例如，除了精確的高度氣壓測(cè)量，飛機(jī)使用傳感器監(jiān)測(cè)引擎、襟翼等其它部件。

在過去的幾年中，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。