•                          壓力傳感器

   

     壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號(hào)，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號(hào)的器件或裝置。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。按不同的測(cè)試壓力類型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。

    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)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。另有醫(yī)用壓力傳感器。

重載型

     重載壓力傳感器是傳感器中一種，但是我們很少聽(tīng)說(shuō)這種壓力傳感器，它通常被用于交通運(yùn)輸應(yīng)用中，通過(guò)監(jiān)測(cè)氣動(dòng)、輕載液壓、制動(dòng)壓力、機(jī)油壓力、傳動(dòng)裝置、以及卡車/拖車的氣閘等關(guān)鍵系統(tǒng)的壓力、液力、流量及液位來(lái)維持重載設(shè)備的性能。

　　重載壓力傳感器是一種具有外殼、金屬壓力接口以及高電平信號(hào)輸出的壓力測(cè)量裝置。許多傳感器配有圓形金屬或塑料外殼，外觀呈筒狀，一端是壓力接口，另一端是電纜或連接器。這類重載壓力傳感器常用于極端溫度及電磁干擾環(huán)境。工業(yè)及交通運(yùn)輸領(lǐng)域的客戶在控制系統(tǒng)中使用壓力傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻液或潤(rùn)滑油等流體的壓力測(cè)量和監(jiān)控。同時(shí)，它還能夠及時(shí)檢測(cè)壓力尖峰反饋，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻塞等問(wèn)題，從而即時(shí)找到解決方案。
　　重載壓力傳感器一直在發(fā)展，重載壓力傳感器為了能夠用于更加復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工程師必需提高傳感器精度同時(shí)需要降低成本便于實(shí)際應(yīng)用等要求。

分類

    多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，將各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋。在這個(gè)過(guò)程中要充分地利用多源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理支配與使用，而信息融合的最終目標(biāo)則是基于各傳感器獲得的分離觀測(cè)信息，通過(guò)對(duì)信息多級(jí)別、多方面組合導(dǎo)出更多有用信息。這不僅是利用了多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢(shì)，而且也綜合處理了其它信息源的數(shù)據(jù)來(lái)提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的智能化。 

    壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。

擴(kuò)散硅壓力變送器

    擴(kuò)散硅壓力變送器是把帶隔離的硅壓阻式壓力敏感元件封裝于不銹鋼殼體內(nèi)制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)對(duì)外輸出，DATA-52系列擴(kuò)散硅壓力變送器廣泛應(yīng)用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和控制。

性能指標(biāo)：

測(cè)量介質(zhì)：液體或氣體（對(duì)不銹鋼殼體無(wú)腐蝕）

量程：0-10MPa

精度等級(jí)：0.1%FS、0.5%FS（可選）

穩(wěn)定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年

輸出信號(hào)：RS485、4~20mA（可選）

過(guò)載能力：150%FS

零點(diǎn)溫度系數(shù)：±0.01%FS/℃

滿度溫度系數(shù)：±0.02%FS/℃

防護(hù)等級(jí)：IP68

環(huán)境溫度：-10℃～80℃

存儲(chǔ)溫度：-40℃～85℃

供電電源：9V～36V DC；

結(jié)構(gòu)材料：外殼：不銹鋼1Cr18Ni9Ti

密封圈：氟橡膠

膜片：不銹鋼316L

電纜：φ7.2mm聚氨酯專用電纜

半導(dǎo)體壓電阻型

半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過(guò)外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

靜電容量型

靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動(dòng)極相對(duì)而形成電容，將通過(guò)外力（壓力）使可動(dòng)極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。 （E8Y的動(dòng)作原理便是靜電容量方式，其他機(jī)種采用半導(dǎo)體方式）。

接線方法

    傳感器的接線一向是客戶采購(gòu)過(guò)程咨詢得最多的問(wèn)題之一，很多客戶都不知道傳感器如何連線，其實(shí)各種傳感器的接線方式基本都是一樣的，壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。
　　壓力傳感器兩線制比較簡(jiǎn)單，一般客戶都知道怎么接線，一根線連接電源正極，另一個(gè)線也就是信號(hào)線經(jīng)過(guò)儀器連接到電源負(fù)極，這種是最簡(jiǎn)單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎(chǔ)上加了一個(gè)線，這根線直接連接到電源的負(fù)極，較兩線制麻煩一點(diǎn)。四線制壓力傳感器肯定是兩個(gè)電源輸入端，另外兩個(gè)是信號(hào)輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4~20mA輸出，4~20mA的叫壓力變送器，多數(shù)做成兩線制的。壓力傳感器的信號(hào)輸出有些是沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大的，滿量程輸出只有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在內(nèi)部有放大電路，滿量程輸出為0~2V。至于怎么接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信號(hào)相適應(yīng)的檔位，就可以直接測(cè)量，否則要加信號(hào)調(diào)整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。

螺紋類型

    壓力傳感器的螺紋有很多種，常見(jiàn)的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。
　　NPT 是 National (American) Pipe Thread 的縮寫(xiě)，屬於美國(guó)壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)的 60 度錐管螺紋，用于北美地區(qū).國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T12716-1991
　　PT 是 Pipe Thread 的縮寫(xiě)，是 55 度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯(lián)邦國(guó)家.常用於水及煤氣管行業(yè)，錐度規(guī)定為 1:16。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7306-2000
　　G 是 55 度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族.標(biāo)記為 G 代表圓柱螺紋。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7307-2001
　　M 是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑為20mm，螺距為1.5，如客戶無(wú)特殊要求，壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。
　　另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 標(biāo)記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行內(nèi)人通常用分來(lái)稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此類推。G 好像就是管螺紋的統(tǒng)稱(Guan)，55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。
　　ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老國(guó)標(biāo)標(biāo)注為Rc
　　公制螺紋用螺距來(lái)表示，美英制螺紋用每英寸內(nèi)的螺紋牙數(shù)來(lái)表示，這是壓力傳感器螺紋最大的區(qū)別，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。
　　管螺紋主要用來(lái)進(jìn)行壓力管道的連接，其內(nèi)外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。 1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。

工作原理

1、壓阻式壓力傳感器

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。