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閱讀：454發(fā)布時間：2022-3-17
壓力變送器是能感受壓力信號，并能將壓力信號轉(zhuǎn)化為可輸出的電信號的器件，常用的？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，光纖壓力傳感器等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，擴(kuò)散硅敏感元件是在硅基片上激光修正制成電橋， 通過壓力作用在膜片上使膜片產(chǎn)生位移，通過膜盒的硅油壓力傳導(dǎo)在硅基片上 ，其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、高品質(zhì)低價位、 準(zhǔn)確度高、溫度特性好。
一、壓電壓力傳感器
壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應(yīng)，利用電氣元件和其他機(jī)械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測量當(dāng)中，原因是受到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實(shí)際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應(yīng)用在動態(tài)的測量當(dāng)中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)就是在石英上發(fā)現(xiàn)的。
二、壓阻壓力傳感器
壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應(yīng)，壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機(jī)械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于上述壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，并不會產(chǎn)生電荷。大多數(shù)金屬材料與半導(dǎo)體材料都被發(fā)現(xiàn)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。由于硅是現(xiàn)今集成電路的主要，以硅制作而成的壓阻性元件的應(yīng)用就變得非常有意義。的電阻變化不單是來自與應(yīng)力有關(guān)的幾何形變，而且也來自材料本身與應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導(dǎo)帶谷對的位移所造成不同遷移率的導(dǎo)帶谷間的載子重新分布，進(jìn)而使得電子在不同流動方向上的遷移率發(fā)生改變。其次是由于來自與導(dǎo)帶谷形狀的改變相關(guān)的等效質(zhì)量的變化。在P型硅中，此現(xiàn)象變得更復(fù)雜，而且也導(dǎo)致等效質(zhì)量改變及電洞轉(zhuǎn)換。
三、電容式壓力傳感器
電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。結(jié)構(gòu)簡單 過載能力強(qiáng) 可靠性好 測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
四、電磁壓力傳感器
主要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。
1、電感壓力傳感器
①電感式壓力傳感器是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號輸出，從而達(dá)到測量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測量范圍大；缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動態(tài)環(huán)境。
②變磁阻式壓力傳感器主要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙形成了一個磁路。當(dāng)有壓力作用時，氣隙大小改變，即磁阻發(fā)生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測出壓力。
③在磁通密度高的場合，鐵磁材料的導(dǎo)磁率不穩(wěn)定，這種情況下可以采用變磁導(dǎo)式壓力傳感器測量。變磁導(dǎo)式壓力傳感器用一個可移動的磁性元件代替鐵芯，壓力的變化導(dǎo)致磁性元件的移動，從而磁導(dǎo)率發(fā)生改變，由此得出壓力值。
2、霍爾壓力傳感器
①霍爾壓力傳感器是基于某些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的。霍爾效應(yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個磁場內(nèi)，且有電流通過時，導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產(chǎn)生電壓（霍爾電壓）的現(xiàn)象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性，可證實(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶有負(fù)電荷的粒子（自由電子）之運(yùn)動所造成。
②在導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場，會使得導(dǎo)線中的電子受到洛倫茲力而聚集，從而在電子聚集的方向上產(chǎn)生一個電場，此電場將會使后來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得后來的電子能順利通過不會偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。
③當(dāng)磁場為一交變磁場時，霍爾電動勢也為同頻率的交變電動勢，建立霍爾電動勢的時間極短，故其響應(yīng)頻率高。理想霍爾元件的材料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率，以便獲得較大的霍爾電動勢。常用霍爾元件的材料大都是半導(dǎo)體，包括N型硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦InAs）、鍺（Ge）、砷化鎵GaAs）及多層半導(dǎo)體質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，N型硅的霍爾系數(shù)、溫度穩(wěn)定性和線性度均較好，砷化鎵溫漂小。
3、電渦流壓力傳感器
基于電渦流效應(yīng)的壓力傳感器。電渦流效應(yīng)是由一個移動的磁場與金屬導(dǎo)體相交，或是由移動的金屬導(dǎo)體與磁場垂直交會所產(chǎn)生。簡而言之，就是電磁感應(yīng)效應(yīng)所造成。這個動作產(chǎn)生了一個在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應(yīng)等特性，因此電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力的檢測。
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