您了解傳感器行業(yè)的元老器件壓力傳感器嗎？

傳感技術(shù)是現(xiàn)代科技的重要標(biāo)志之一。傳感器的種類也很多，從1883年世界上第一個(gè)傳感器的發(fā)明，到今天已經(jīng)有數(shù)千種了。壓力傳感器是傳感器中應(yīng)用最廣泛的一類傳感器，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

01：介紹壓力傳感器。

在信息社會(huì)中，人們需要使用傳感器來(lái)檢測(cè)大量非電力信息，如壓力、流量等，以促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的向前發(fā)展。壓力傳感器是實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單指示測(cè)量到高可靠、高精度航空航天等特殊情況和環(huán)境壓力監(jiān)測(cè)控制的關(guān)鍵部件，對(duì)壓力傳感器的使用起著決定性的作用。

PressureTransducer是一種設(shè)備或裝置，它由感壓元件和信號(hào)處理單元組成，它們能夠感知壓力信號(hào)，并能按某些規(guī)則將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用的輸出電子信號(hào)。

常規(guī)壓力傳感器主要采用機(jī)械結(jié)構(gòu)型器件，彈性元件采用形變顯示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大，質(zhì)量重，且不能提供電輸出，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器出現(xiàn)了，它具有體積小，質(zhì)量輕，精度高，溫度特性好等特點(diǎn)。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器也朝著微型化方向發(fā)展，并且功耗低，可靠性高。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)壓力傳感器的要求也在不斷地變化，壓力傳感器也在順勢(shì)而為，目前壓力傳感器的研究領(lǐng)域非常廣泛，幾乎滲透到各行各業(yè)，其應(yīng)用前景非常廣闊。

02：壓敏元件的種類和原理。

有多種類型的壓力傳感器，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為多種類型。下面是最常用的五種壓力傳感器：

壓阻式力敏元件。

電阻式應(yīng)變片是壓阻應(yīng)變傳感器的重要組成部分。電阻性應(yīng)變片的工作原理是：基材吸附應(yīng)變電阻后，隨機(jī)械變形而產(chǎn)生的阻值變化，稱為電阻性應(yīng)變效應(yīng)。

壓阻式壓力傳感器一般都是通過(guò)導(dǎo)線與惠斯登電橋連接的。正常情況下，靈敏芯體不受外壓作用，電橋處于平衡狀態(tài)(稱為零位)，當(dāng)芯片電阻在壓力作用下改變時(shí)，電橋?qū)⑹テ胶?。如果在電橋上加一個(gè)恒定電流或電壓電源，電橋就會(huì)輸出相應(yīng)于壓力的電壓信號(hào)，通過(guò)電橋?qū)鞲衅鞯碾娮枳兓D(zhuǎn)換為壓力信號(hào)輸出。在對(duì)電阻值進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，電橋檢測(cè)到電阻值的變化，經(jīng)放大后，再經(jīng)過(guò)電壓電流的轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號(hào)，通過(guò)非線性校正環(huán)的補(bǔ)償，即產(chǎn)生與輸入電壓成線性對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。

陶瓷壓力式傳感器；

基于壓阻效應(yīng)，壓力直接作用于陶瓷膜片的正面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，在陶瓷膜片背面印上厚膜電阻，并連接成惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生高度線性的，與壓力成比例的，與激勵(lì)電壓成比例的，也是電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可根據(jù)壓力范圍的不同，定標(biāo)為2.0/3.0/3.3mV/v，等等，可與應(yīng)變式傳感器兼容。

擴(kuò)散硅式壓力傳感器。

本實(shí)用新型是將具有隔離層的硅壓阻式壓力敏感元件封裝在不銹鋼殼體內(nèi)制成。能夠把感覺(jué)到的液體或氣體壓力轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)輸出。

散硅式壓力傳感器也是以壓阻效應(yīng)為基礎(chǔ)的，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(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生微位移，與介質(zhì)壓力成正比，從而改變傳感器的電阻值，利用電路板來(lái)檢測(cè)這種變化，并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)于該壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。適用于供排水、熱力、石油、化工、冶金等行業(yè)的工業(yè)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制。

藍(lán)寶石式壓力傳感器。

采用應(yīng)變電阻式工作原理，以硅-藍(lán)寶石為半導(dǎo)體敏感元件，其測(cè)量性能無(wú)人能及。所以，用硅-藍(lán)寶石制成的半導(dǎo)體敏感元件，即使在高溫條件下，對(duì)溫度變化不敏感，仍具有很好的工作性能；藍(lán)寶石的抗輻射性能極強(qiáng)；此外，硅-藍(lán)寶石沒(méi)有p-n漂移的半導(dǎo)體敏感元件。

五是壓電式壓力傳感器。

其感光元件采用壓電材料制成。壓電傳感器的主要工作原理是壓電效應(yīng)，那么壓電效應(yīng)又是什么呢？其壓電效應(yīng)可分為正向和反向兩種。正壓電效應(yīng)可以解釋為：當(dāng)某一電介質(zhì)在某一方向受外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化，同時(shí)其兩個(gè)相對(duì)表面會(huì)產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷。在外力被去除后，它將再次回到不帶電狀態(tài)。反壓電效應(yīng)的解釋是：當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也會(huì)改變。反之，當(dāng)電場(chǎng)作用于電介質(zhì)的極化方向時(shí)，這些電介質(zhì)也將發(fā)生變形，去除電場(chǎng)后，電介質(zhì)的變形也將消失。

壓電式壓力傳感器就是在壓電材料受到外力作用時(shí)，表面形成電荷，通過(guò)電荷放大器、測(cè)量電路放大和變換阻抗后，將其轉(zhuǎn)換成電能輸出，與外力的大小成正比。由此可以知道，只有在外力的作用下，壓電壓力傳感器才能正常工作，因此也只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

03：壓敏元件產(chǎn)業(yè)鏈組成。

傳感技術(shù)創(chuàng)業(yè)鏈大致可以分為研發(fā)→設(shè)計(jì)→制造→封裝→測(cè)試→應(yīng)用等步驟。上游材料主要包括敏感元件、變換器等電子元件，下游產(chǎn)品主要包括電子通訊、航空、汽車、自動(dòng)控制、家用電器等領(lǐng)域。讓我們看一個(gè)圖表：

04：概述。

作為傳感領(lǐng)域的元老，壓力傳感器在應(yīng)用市場(chǎng)十分廣泛，并積累了相對(duì)完善的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。壓力表只是傳感器中的一種，隨著萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓力表行業(yè)在未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景中有很大的想象空間。

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