常用壓力傳感器的工作原理介紹
發(fā)布時(shí)間：2021-03-01 14:49:21 點(diǎn)擊次數(shù)：143
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(jī)器快要測(cè)量的壓力轉(zhuǎn)換為電能，然后執(zhí)行相關(guān)的測(cè)量工作。不能在靜態(tài)測(cè)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(xì)測(cè)量?jī)x器，因?yàn)楫?dāng)環(huán)路具有無(wú)限大的輸入電阻時(shí)，可以節(jié)約背負(fù)外力后的電荷，但實(shí)情并非如此。因此，壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)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(shí)，電場(chǎng)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晶體，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)也早就應(yīng)用于多晶體。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(jī)電轉(zhuǎn)換型自發(fā)電式傳感器，其敏感構(gòu)件由壓電材料制成，當(dāng)壓電材料受到外力功用時(shí)，其表面會(huì)形成電荷。電荷將通過(guò)電荷放大器，測(cè)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百分比的功率輸出，用于測(cè)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(diǎn)：重量輕，工作精確，構(gòu)造簡(jiǎn)便，信噪比高，靈敏度和信號(hào)帶寬高等，但它也有缺點(diǎn)：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(duì)較差，因此應(yīng)使用電荷放大器或高輸入阻抗電路來(lái)補(bǔ)救這一缺點(diǎn)。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(jī)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(yuǎn)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?dú)w因于其三對(duì)導(dǎo)帶谷的位移，這致使載流子在不同遷移率的導(dǎo)帶谷之間再度分布，進(jìn)而變動(dòng)了電子在不同流動(dòng)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)象變得越發(fā)繁復(fù)，并且還引致等效的質(zhì)量變化和空穴轉(zhuǎn)換。
