賀德克壓力傳感器和工業(yè)壓力傳感器實際應(yīng)用

壓力傳感器實際應(yīng)用傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。[1]
在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用zui多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D 轉(zhuǎn)換和CPU ）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。
醫(yī)學(xué)常用的壓力參數(shù)有：血壓、顱內(nèi)壓、眼內(nèi)壓、腸內(nèi)壓、肺泡壓等，其中zui常規(guī)的測量內(nèi)容是血壓（Blood Pressure ,BP）。醫(yī)學(xué)上測量的血壓有動脈壓、靜脈壓和心內(nèi)壓（包括心室壓、心房壓）等，每種壓力信號又包括：收縮壓、舒張壓、平均壓。
血管內(nèi)的血液在血管壁單位面積上垂直作用的力，稱為血壓。當(dāng)人的心臟收縮時，動脈內(nèi)的壓力zui高，此時內(nèi)壁的壓力稱為收縮壓，亦稱高壓；心室舒張時，主動脈壓下降，在心舒末期動脈血壓的zui低值稱為舒張壓，也稱為低壓。血壓的測量，就是采用某種方法檢測和記錄血壓的收縮壓、舒張壓等數(shù)e 以及測量血壓的動態(tài)變化。血壓的數(shù)值一艙表示為壓力與大氣壓之差。血壓測量的壓力范圍為 0 ～ 300mmHg。皿壓測量的頻串范圍通常為 0 ～20Hz。在常規(guī)的臨床檢查中，常常采用人工方式，使用由氣袖、壓力計和聽診5B等部分組成肋脈K 計，間接測量人體的收縮壓和舒張壓。與此同時在心血管功能檢查、病人監(jiān)護、生理實驗、以及體格檢查中，廣泛使用帶有各種血壓傳感器的電血壓計，盡管這種儀器十分的準確，技術(shù)十分成熟，但是仍存在諸如攜帶不方便，讀數(shù)困難，患者基本不能自測等弊病。德國的赫曼腕式血壓計，通過大規(guī)模集成電路，通過往腕帶中充氣加壓，再通過傳感器使得壓力信號轉(zhuǎn)化成為電信號，這樣不僅大大縮小了總體積，還配上一個脈搏傳感器，就可以在測量血壓的同時完成測量心跳，單位換算等諸多功能，十分方便，為患者自行診斷提供了可能。
電阻應(yīng)變片的工作原理
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)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：
式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ）
S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ）
L ——導(dǎo)體的長度（m ）
我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例，當(dāng)金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，
從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度
增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增
加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得
應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情
陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用
　　抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，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，連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0 ～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。
　　陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40 ～135 ℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。
擴散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用
　　工作原理被測介質(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，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準測量信號。
　　原理圖
藍寶石壓力傳感器原理與應(yīng)用
　　利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅- 藍寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有的計特性。
　　藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC 以內(nèi)），因此，利用硅- 藍寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性*；另外，硅- 藍寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n 漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。
　　用硅- 藍寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在zui惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。
　　表壓壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅- 藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。
　　傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電，并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出（0-5 ，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變，從而達到壓力測量的目的。
壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用
　　壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)*消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐
   
漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT 、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
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)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。