什么是壓力傳感器？

那么， 除了上面給出的一句話解釋之外，什么是壓力傳感器呢？要回答這個問題，我們要分成兩部分。首先，什么是壓力？其次，什么是傳感器？

什么是壓力？

在本文中，壓力是在垂直于物體表面的方向上施加在物體上的每單位面積的力的大小。該力通常與流體（即液體或氣體）相關。壓力測量使用理論零壓力作為參考點，表壓測量使用大氣壓力作為參考點。

壓力和表壓之間的區(qū)別是一個重要的提醒，即人類感覺的零壓力根本不是零壓力。我們一直生活在大氣壓力下，每平方英寸施加約 14.7 磅 (14.7 psi) 的力。如果從出生到死亡生活在 14.7 psi 的壓力下聽起來有點不公平，那么生活在 0 psi 的環(huán)境中會更糟糕——真正的零壓力是完美的真空，會導致快速死亡。

什么是傳感器？

術語“傳感器”和“轉換器”經(jīng)?；Q使用。這并不奇怪，因為許多傳感器設備也是傳感器，并且許多傳感器（包括我們今天要討論的傳感器）也是傳感器。然而，這些詞本身就表明了細微的差別。

傳感器感測（如檢測或測量）物理量并將此信息提供給用戶。例如，水銀溫度計是一種傳感器，它允許熱量作用于物質，以便人類可以輕松測量溫度。

傳感器不僅僅測量數(shù)量，它們還將能量從一種形式轉換為另一種形式。在大多數(shù)情況下，“輸入”能量或“輸出”能量都采用電信號的形式。麥克風是一種換能器，因為它將聲波能量轉換為電壓信號。如今，傳感器產(chǎn)生的信號通常由模數(shù)轉換器進行采樣，以便可以使用數(shù)字電路處理和分析信息。

數(shù)十年的創(chuàng)新催生了一系列令人印象深刻的傳感器，旨在將加速度、溫度、磁場強度、光強度和其他物理量轉換為電信號。即使我們只考慮壓力傳感器，也有多種類型。這些包括：

電容式。

感應式。

電阻性。

壓電式。

電容式和電感式壓力傳感器

電容器是無源器件，因此它不能產(chǎn)生信號。然而，電容器可以集成到供電電路中，電容的變化將導致信號變化。

平行板電容器的電容由以下公式確定：

板的面積。

板之間的距離。

板之間絕緣材料的介電常數(shù)。

電容式壓力傳感器將平行板電容器與隔膜結合在一起，當壓力變化時，隔膜之間的距離會發(fā)生變化。

適用于工業(yè)應用的電容式壓力傳感器。

能夠將壓力轉換為 14 位數(shù)字輸出值的工業(yè)壓力傳感器.

類似的設計原理可以應用于電感器件。在感應壓力傳感器中，壓力變化會改變鐵磁芯的位置，從而產(chǎn)生信號變化。

電阻式壓力傳感器

我們將討論三種使用電阻測量壓力的傳感器：

應變計。

壓阻式壓力傳感器。

電位壓力傳感器。

從技術上講，兩類是包含傳感器和附加電路的傳感器。然而，將設備作為一個整體來考慮更有用，而“包含傳感器的壓阻（或電位）壓力傳感器”有點拗口。

應變計

顧名思義，應變儀（圖 2）測量應變，應變定義為施加力方向上的物理變形。應變計中的導電物體會因變形而發(fā)生電阻變化。由于應變是由力產(chǎn)生的，而壓力是單位面積上的力，因此應變計技術可以成為壓力傳感器的基礎。

粘合應變片的教科書圖。

圖 2.粘合應變片的布局。圖片由All About Circuits提供

雖然應變儀本身在技術上構成了傳感器，但大多數(shù)時候該技術與將電阻變化轉換為電壓信號的電路相結合。

壓阻式和電位式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器在操作上與應變計相似，但在結構上有些不同。它們具有高性能和低成本，被廣泛使用。

另一種基于電阻的壓力測量方法涉及配備有壓力敏感元件的電位計，該元件會導致電位計的游標移動。與應變計一樣，可以通過外部電路測量電阻的變化并將其轉換為電壓信號。

壓電壓力傳感器

壓電材料，例如電子振蕩器中使用的石英晶體，會因機械應力而產(chǎn)生電荷變化。機械應力又是由施加的力產(chǎn)生的。由于力和電荷之間的這種關系，可以在壓電元件和隔膜周圍構建壓力傳感器（圖 3）。壓電壓力傳感器往往堅固耐用且響應速度快。

壓電壓力傳感器將晶體加隔膜系統(tǒng)與放大電路相結合。