壓電壓力傳感器

壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect），該壓電效應(yīng)使用電氣組件和其他機器即將測量的壓力轉(zhuǎn)換為電能，然后執(zhí)行相關(guān)的測量工作。不能在靜態(tài)測量中使用諸如壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器之類的精細測量儀器，因為當(dāng)環(huán)路具有無限大的輸入電阻時，可以節(jié)約背負外力后的電荷，但實情并非如此。因此，壓電傳感器只能用于動態(tài)測量，其主要壓電材料有磷酸二氫胺，酒石酸鉀鈉和石英，在石英上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)。

當(dāng)應(yīng)力變化時，電場變化很小，其他壓電晶體將取而代之石英。酒石酸鉀鈉具有較大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度，但只能在室內(nèi)濕度和溫度較高的地方使用。磷酸二氫胺是一種人造結(jié)晶，可以在高濕度和高溫環(huán)境下使用，因此其應(yīng)用范圍十分普遍。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也早已應(yīng)用于多結(jié)晶。包括nz@，壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷和鈮酸鹽系壓電陶瓷。

基于壓電效應(yīng)的傳感器為機電轉(zhuǎn)換型自發(fā)電式傳感器，其敏感部件由壓電材料制成，當(dāng)壓電材料受到外力效用時，其表面會形成電荷。電荷將通過電荷放大器，測量電路的放大和阻抗轉(zhuǎn)換。它被轉(zhuǎn)換成與接收到的外力成比重的功率輸出，用于測量力和可以轉(zhuǎn)換成力的非電氣物理量，例如：

加速度和壓力具有許多優(yōu)點：重量輕，工作準確，構(gòu)造簡便，信噪比高，靈敏度和信號帶寬高等，但它也有缺點：某些電壓材料受潮，因此需采取一系列的防潮措施，并且輸出電流響應(yīng)相對較差，因此應(yīng)使用電荷放大器或高輸入阻抗電路來補救這一缺點。使儀器更好地工作。

壓阻壓力傳感器

壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應(yīng)（piezoresistiveeffect）。壓阻效應(yīng)用于敘述機械式應(yīng)力下材料的電阻變化，與上述壓電效應(yīng)不同，壓阻效應(yīng)僅產(chǎn)生阻抗變化，而不產(chǎn)生阻抗變化產(chǎn)生電荷。

早就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬材料和半導(dǎo)體材料具有壓阻效應(yīng)，其中，半導(dǎo)體材料中的壓阻效應(yīng)遠大于金屬中的壓阻效應(yīng)。由于硅是當(dāng)今集成電路的主要支柱，因此由硅制成的壓阻元件的應(yīng)用電阻的變化不僅取決與應(yīng)力有關(guān)的幾何變形，而且還取決與材料本身的應(yīng)力有關(guān)的電阻，這使其材料的度數(shù)比金屬大數(shù)百倍。n型硅的電阻變化主要歸因于其三對導(dǎo)帶谷的位移，這導(dǎo)致載流子在不同遷移率的導(dǎo)帶谷之間再次分布，進而改變了電子在不同流動方向上的遷移率。第二是由于等效質(zhì)量（有效性質(zhì)量）的變化與導(dǎo)帶波谷形狀的變化有關(guān)在P型硅中，這種現(xiàn)象變得更為繁雜，并且還導(dǎo)致等效的質(zhì)量變化和空穴轉(zhuǎn)換。

壓阻壓力傳感器通常通過導(dǎo)線連通到惠斯登電橋中。通常，敏感磁芯并未外部壓力，并且電橋處于平衡狀況（稱為零）。按下傳感器時，芯片電阻時有發(fā)生變化，電橋失掉平衡，如果在電橋上添加恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力相對應(yīng)的電壓信號，從而使電阻變化傳感器將其轉(zhuǎn)換為電橋輸出的壓力信號，電橋檢測電阻值的變化，放大后通過電壓和電流轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號。電流信號由非線性校正回路補償，即輸入電壓具有線性對應(yīng)關(guān)聯(lián)。?20ma規(guī)范輸出信號。

為了減小溫度變化對芯體電阻值的影響并提高測量精度，壓力傳感器采取溫度補償措施，以使其零漂移，靈敏度，線性，穩(wěn)定性和其他技術(shù)指標(biāo)維持在較高程度。

電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器是運用電容作為敏感元件將測得的壓力轉(zhuǎn)換為電容值變化的壓力傳感器。這種壓力傳感器通常使用圓形金屬膜或鍍金屬膜作為電容器的電極。當(dāng)薄膜在壓力作用下變形時，薄膜和固定電極之間形成的電容會時有發(fā)生變化，并且輸出可以與通過測量電路的電壓成比重。某些關(guān)聯(lián)電信號。電容式壓力傳感器是極距可變的電容式傳感器，可分為單個電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

單電容壓力傳感器由圓形薄膜和固定電極構(gòu)成，薄膜在壓力作用下變形，從而改變電容器的容量。其靈敏度大體上與薄膜的面積和壓力成正比，與薄膜的張力以及從薄膜到固定電極的間距成反比。另一種類型的固定電極呈凹球形，隔膜是固定的周圍的張力平面。膜片可以通過塑料鍍金屬層制成。這種類型適合于測量低壓并且具有更高的過載能力，也可以使用隱含活塞移動極的膜片來制造單個可測量高壓的電容式壓力傳感器。這種類型可以減小膜片的直接壓力區(qū)域，從而可以使用更薄的膜片來提高靈敏度，并且還與各種補償和保護部件以及整個放大電路一同包裝以提高抗干擾能力。該傳感器適用于測量動態(tài)高壓和遙測飛機。單電容壓力傳感器也具有麥克風(fēng)類型（即麥克風(fēng)類型）和聽診器類型。

差動電容式壓力傳感器的受壓隔膜電極坐落兩個固定電極之間，形成兩個電容器，在壓力作用下，一個電容器的容量增加而另一個電容器的容量相應(yīng)減小，測量結(jié)果由差分電路輸出。固定電極是通過在凹面半圓形玻璃表面上鍍一層金屬層制成的，膜片受到凹面的保護，在過載時不會破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容器型具有更高的靈敏度和更好的線性度，但更難過程（特別是難以保證對稱性），并且無法隔絕要測量的氣體或液體，因此不適用于處理腐蝕性或雜質(zhì)的流體。

電磁壓力傳感器

統(tǒng)稱使用電磁法則的各種傳感器，包括感應(yīng)壓力傳感器，霍爾壓力傳感器，電渦流壓力傳感器等。

感應(yīng)壓力傳感器

電感式壓力傳感器的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率之間的歧異。當(dāng)對隔膜施加壓力時，氣隙的尺寸會改變。氣隙的變化會影響線圈電感的變化。處理電路可以改變該電感的變化。進入相應(yīng)的信號輸出，以達到測壓的目的。這種壓力傳感器根據(jù)磁路的變化可分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。感應(yīng)式壓力傳感器的優(yōu)點靈敏度高，測量范圍大；缺點是它們不能在高頻動態(tài)環(huán)境中使用。

變磁阻式壓力傳感器主要部件是磁芯和膜片，它們之間的氣隙形成磁路，有壓力時氣隙的尺寸時有發(fā)生變化，即磁阻時有發(fā)生變化，如果施加一定的電壓在鐵芯線圈中，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測量壓力。

在高磁通密度的狀況下，鐵磁材料的磁導(dǎo)率不安定。在這種情形下，可以使用可變磁導(dǎo)率壓力傳感器展開測量。可變磁導(dǎo)率壓力傳感器使用可移動的磁性元件取而代之鐵芯。壓力的變化引起磁性元件的移動，因此磁導(dǎo)率時有發(fā)生變化，從而取得壓力值。

霍爾壓力傳感器

霍爾壓力傳感器由霍爾效應(yīng)基于某些半導(dǎo)體材料制成?；魻栃?yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體安放磁場中并且電流通過時，導(dǎo)體中的電荷載流子被偏置到的現(xiàn)象。通過洛倫茲力一側(cè)，然后生成電壓（霍爾voltage）。由電壓引起的電場力會平衡洛倫茲力通過霍爾voltage的極性，可以檢驗導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶負電的粒子（自由電子）的運動。

在導(dǎo)體上施加垂直于電流方向的磁場將導(dǎo)致導(dǎo)線中的電子被洛倫茲力匯聚，從而在電子匯聚的方向上產(chǎn)生電場。該電場將使隨后的電子受電并平衡磁場。生成的洛倫茲力使后續(xù)電子穩(wěn)定通過而不會時有發(fā)生位移。這稱為霍爾效應(yīng)。生成的內(nèi)置電壓稱為霍爾voltage。

當(dāng)磁場是交變磁場時，霍爾電動勢也是相同頻率的交變電動勢，確立霍爾電動勢的時間十分短，因此其響應(yīng)頻率很高。為了取得更大的霍爾電動勢，需更高的電阻率和載流子遷移率。最常用的霍爾元件材料是半導(dǎo)體，包括霍爾元件（N型硅），Si（銻化銦），InSb），鍺（Ge），砷化銦InAs砷化鎵）及更多-目前使用的層狀半導(dǎo)體構(gòu)造材料GaAs的N型硅，具有不錯的溫度穩(wěn)定性和線性，砷化鎵的低溫漂移。

電渦流壓力傳感器

基于電渦流效應(yīng)。電渦流效應(yīng)的壓力傳感器是由運動磁場與金屬導(dǎo)體的交點或由運動金屬導(dǎo)體與磁場的垂直交點產(chǎn)生的，簡而言之，它是由電磁感應(yīng)引起的此動作會在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流循環(huán)。

電渦流功能使渦流測試具有零頻率響應(yīng)等屬性，因此電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力檢測。

振弦式壓力傳感器

振弦式壓力傳感器是一個對頻率敏感的傳感器。這種頻率測量具有很高的精度，因為時間和頻率是可以準確測量的物理參數(shù)，并且在傳輸頻率信號時可以忽視電線的電阻，電感和電容。振弦式壓力傳感器還具有很強的抗干擾能力，具有零漂移小，溫度屬性好，構(gòu)造簡便，分辨率高，性能安定，易于數(shù)據(jù)傳輸，處理和存儲，易于實現(xiàn)數(shù)字化儀器等優(yōu)點，因此振弦式壓力傳感器可以也被當(dāng)做傳感技術(shù)的發(fā)展方向之一。

振弦式壓力傳感器的敏感元件是一根張緊的鋼繩，其固有頻率與張緊力有關(guān)，繩的尺寸是固定的，繩振動頻率的變化可以用來測量拉力，即輸入為力信號，輸出為頻率信號。振弦式壓力傳感器分為上下兩部分，下部主要是敏感元件的組合。上部是鋁制外殼，涵蓋一個電子模塊和一個接線端子，并置放在兩個小隔間中，因此在接線時不會影響電子模塊隔間的密封。

振弦式壓力傳感器可以選項電流輸出類型和頻率輸出類型。振弦式壓力傳感器在工作模式下，振弦以其共振頻率不停振動。當(dāng)測得的壓力變化時，頻率也會變化。該頻率信號可以通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4-20ma的電流信號。