压力传感器的检测原理，常见的五种压力传感器测量原理解析

很多朋友对压力传感器的检测原理，常见的五种压力传感器测量原理解析不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

自动化技术的进步促进了工业设备的更新换代。工业设备中除了液柱压力表和弹性压力表外，更多的是使用压力变送器和传感器，将压力转换成电信号。那么这些压力变送器和传感器是如何将压力信号转化为电信号的呢？今天，边肖为大家总结了几种最常见的压力传感器的测量原理，让我们一起过把瘾吧！1、压电压力传感器

基于压电效应，利用电器元件等机械将待测压力转换成电能，进而进行相关的测量工作。压电传感器只能用于动态测量。主要压电材料有：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和应时。随着技术的发展，压电效应也被应用到多晶硅上。例如压电陶瓷、铌酸镁压电陶瓷、铌酸盐压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷都包括在内。

基于压电效应的传感器有机电转换传感器和自发电传感器。其敏感元件由压电材料制成。当压电材料受到外力作用时，表面会形成电荷，经过电荷放大器、测量电路、阻抗变换放大后，转换成与外力成正比的电输出。用于测量力和可以转化为力的非电物理量，如加速度、压力等。

优点是：重量轻，工作可靠，结构简单，信噪比高，灵敏度高，信号带宽大。缺点是：有些电压材料避潮，需要采取一系列防潮措施；而且输出电流响应差，所以要用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点。2、压阻压力传感器

压阻效应用于描述材料在机械应力下的电阻变化。与压电效应不同，压阻效应只产生阻抗变化，不产生电荷。大多数金属材料和半导体材料都具有压阻效应。由于硅是集成电路的主要材料，硅压阻元件的应用变得非常有意义。

电阻的变化不仅来自于与应力有关的几何变形，还来自于材料本身与应力有关的电阻，这使得它的度因子比金属大几百倍。

压阻压力传感器通常通过导线连接到惠斯通电桥。通常情况下，敏感芯上没有外界压力，电桥处于平衡状态(称为零位)。当按下传感器后芯片电阻发生变化时，电桥将失去平衡。如果在电桥上加一个恒流或恒压电源，电桥会输出一个与压力对应的电压信号，使传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号。

电桥检测电阻值的变化，经放大后，通过电压-电流转换，转换成相应的电流信号。这个电流信号通过非线性校正回路进行补偿，即产生一个与输入电压成线性对应关系的4 ~ 20 mA标准输出信号。

为了减小温度变化对磁芯电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用了温度补偿措施，使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持在较高水平。3、电容式压力传感器

利用电容作为敏感元件，将测得的压力转换成电容变化的压力传感器。这种压力传感器通常使用圆形金属膜或金属镀膜作为电容器的电极。当薄膜受到压力变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容发生变化，通过测量电路可以输出与电压有一定关系的电信号。电容式压力传感器属于变极距电容式传感器，分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。

单个电容式压力传感器由一个圆形膜片和一个固定电极组成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量。其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比，而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种固定电极是凹球面，振膜是周边固定的张力平面。隔膜可以由镀塑料的金属层制成。这种类型适用于测量低压，过载能力高。

用于测量高压的单个电容式压力传感器也可以由带有活塞移动极的膜片制成。这种类型可以减少振膜的直接压缩面积，从而通过使用更薄的振膜来提高灵敏度。还集成了各种补偿保护部门和放大电路，提高抗干扰能力。这种传感器适用于测量动态高压和遥测飞机。单电容式压力传感器还包括麦克风型(即麦克风型)和听诊器型。

差动电容式压力传感器的压力膜片电极位于两个固定电极之间，形成两个电容。在压力的作用下，一个电容的容量增大，另一个电容的容量相应减小，测量结果由差分电路输出。它的固定电极是在凹面玻璃表面镀一层金属制成的。过载时，隔膜受到凹面的保护，不会破裂。

差动电容式压力传感器比单一电容式压力传感器具有更高的灵敏度和更好的线性度，但加工难度大(特别是要保证对称性)，不能隔离待测气体或液体，因此不适合在腐蚀性或杂质流体中工作。

4、电磁压力传感器利用电磁原理的传感器统称为电磁压力传感器，主要有电感式压力传感器、霍尔压力传感器、涡流压力传感器等。电感式压力传感器

电感式压力传感器的工作原理是当压力作用在膜片上时，气隙的大小发生变化，气隙的变化影响线圈电感的变化。处理电路可以将电感的变化转换成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。这种压力传感器根据磁路的变化可分为变磁阻式和变磁导率式两种。电感式压力传感器的优点是灵敏度高，量程大。缺点是不能应用于高频动态环境。

变磁阻压力传感器的主要部件是铁芯和膜片。它们之间的气隙形成磁路。当有压力时，气隙的大小发生变化，即磁阻发生变化。如果给铁芯线圈施加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测得压力。

在高磁通密度的情况下，铁磁材料的磁导率是不稳定的，在这种情况下，可变磁导率压力传感器可以用来测量。可变磁导率压力传感器使用可移动的磁性元件来代替铁芯。压力的变化导致磁性元件的运动，从而磁导率发生变化，得到压力值。霍尔压力传感器

霍尔压力传感器是基于一些半导体材料的霍尔效应。霍尔效应是指将固体导体置于磁场中，有电流通过时，导体中的电载流子被洛伦兹力偏压向一侧，进而产生电压(霍尔电压)的现象。电压引起的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性，可以确认导体中的电流是由带负电的粒子(自由电子)的运动引起的。

当对导体施加垂直于电流方向的磁场时，导体中的电子会被洛伦兹力聚集，从而产生电子聚集方向的电场。这个电场会使后面的电子受到电功率，以平衡磁场引起的洛伦兹力，使后面的电子能够顺利通过，不会发生偏移，这就是所谓的霍尔效应。产生的内置电压称为霍尔电压。

当磁场为交变磁场时，霍尔电动势也是同频率的交变电动势，霍尔电动势建立的时间极短，因此其响应频率高。常用的霍尔元件材料多为半导体，包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)和多层半导体结构材料。涡流压力传感器

基于涡流效应，由运动磁场与金属导体相交产生，或由运动金属导体与磁场垂直相交产生。简而言之，就是电磁感应造成的。这个动作在导体中产生电流。涡流特性使得涡流检测具有零频响的特性，因此涡流压力传感器可用于静态力检测。5、振弦式压力传感器

振弦式压力传感器属于频率敏感型传感器，这种频率测量具有较高的精度，因为时间和频率是可以精确测量的物理参数，频率信号在传输过程中可以忽略电缆电阻、电感、电容等因素的影响。

同时，振弦式压力传感器还具有抗干扰能力强、零点漂移小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能稳定、数据传输、处理和存储方便、易于实现仪器数字化等特点，因此振弦式压力传感器也可以作为传感技术的发展方向之一。

振弦式压力传感器的敏感元件是一根张紧的钢弦，敏感元件的固有频率与张紧力有关。弦的长度是固定的，弦振动频率的变化可以用来测量张力，即输入是力信号，输出是频率信号。振弦式压力传感器分为两部分，下半部分主要是敏感元件的组合。

上部组件为铝壳，内含电子模块和接线端子，分为两个小房间，接线时不会影响电子模块室的密封性能。

振弦式压力传感器可选择电流输出型和频率输出型。振弦压力传感器处于工作模式，振弦以其共振频率振动。当被测压力发生变化时，频率会发生变化，这个频率信号会通过转换器转换成4~20mA的电流信号。责任编辑：抄送

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