壓力傳感器（Pressure Transducer）是能感受壓力信號(hào)，并能按照一定的規(guī)律將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號(hào)的器件或裝置。通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。就目前市場(chǎng)而言，壓力傳感器一般有差壓傳感器、絕壓傳感器、表壓傳感器，靜態(tài)壓力傳感器和動(dòng)態(tài)壓力傳感器。

　　在工業(yè)領(lǐng)域，壓力傳感器是最為常用的一種傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

　　壓力傳感器的工作原理

　　隨著信息化以及自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，更多的領(lǐng)域希望能實(shí)時(shí)了解工作環(huán)境的現(xiàn)狀，并及時(shí)作出應(yīng)對(duì)。因而，越來越多的傳感器被應(yīng)用到不同的工作場(chǎng)景中，壓力傳感器也在被需求的領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。壓力傳感器是如何將接收到的壓力信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞出去的？我們分析了幾種常見壓力傳感器的工作原理。

　　壓阻式壓力傳感器：電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。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(jī)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)。

　　陶瓷壓力傳感器：基于壓阻效應(yīng)，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(gè)惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性，和與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為 2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

　　擴(kuò)散硅壓力傳感器：工作原理也是基于壓阻效應(yīng)，利用壓阻效應(yīng)原理，被測(cè)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，利用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。

　　藍(lán)寶石壓力傳感器：利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計(jì)量特性。因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)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。此外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件在使用過程中，沒有p-n漂移。

　　壓電式壓力傳感器：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(cè)量，因?yàn)榻?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(shí)才得到保存。但是現(xiàn)實(shí)中實(shí)際情況往往不是這樣，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

　　壓力傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

　　基于其特殊的工作原理，壓力傳感器除了在生產(chǎn)測(cè)量中應(yīng)用廣泛以外，日常生活中，我們也能在家用電器和交通工具中看到它的身影，例如汽車、摩托車和空調(diào)等。在工業(yè)中，壓力傳感器主要應(yīng)用于增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機(jī)、壓縮機(jī)、空調(diào)制冷設(shè)備等領(lǐng)域。

　　1、液壓系統(tǒng)

　　壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中主要是來完成力的閉環(huán)控制。當(dāng)控制閥芯突然移動(dòng)時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)形成幾倍于系統(tǒng)工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機(jī)械和工業(yè)液壓中，如果設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到這樣的極端工況，任何壓力傳感器很快就會(huì)被破壞，需要使用抗沖擊的壓力傳感器。

　　壓力傳感器實(shí)現(xiàn)抗沖擊主要有2種方法，一是換應(yīng)變式芯片，二是外接盤管。在液壓系統(tǒng)中一般采用第一種方法，因?yàn)榘惭b比較方便。此外還有一個(gè)原因是壓力傳感器還要承受來自液壓泵不間斷的壓力脈動(dòng)。

　　2、安全控制系統(tǒng)

　　壓力傳感器在安全控制系統(tǒng)中經(jīng)常被使用，主要針對(duì)的領(lǐng)域是空壓機(jī)自身的安全管理系統(tǒng)。

　　傳感器在安全控制領(lǐng)域的應(yīng)用一般從性能、價(jià)格以及實(shí)際操作的安全性方便性來考慮，實(shí)踐證明，壓力傳感器在這些方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。壓力傳感器利用機(jī)械設(shè)備的加工技術(shù)將元件以及信號(hào)調(diào)節(jié)器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面，體積非常小。除此之外，價(jià)格便宜也是它的一大優(yōu)點(diǎn)。

　　在一定程度上它能夠提高系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確度。在安全控制系統(tǒng)中，通過在出氣口的管道設(shè)備中安裝壓力傳感器，能在一定程度上控制壓縮機(jī)帶來的壓力，這不僅是一種保護(hù)措施，也是非常有效的控制系統(tǒng)。當(dāng)壓縮機(jī)正常啟動(dòng)后，如果壓力值未達(dá)到上限，那么控制器就會(huì)打開進(jìn)氣口通過調(diào)整來使得設(shè)備達(dá)到最大功率。

　　3、注塑模具

　　壓力傳感器可被安裝在注塑機(jī)的噴嘴、熱流道系統(tǒng)、冷流道系統(tǒng)和模具的模腔內(nèi)，它能夠測(cè)量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機(jī)的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。

　　4、監(jiān)測(cè)礦山壓力

　　傳感器技術(shù)作為礦山壓力監(jiān)控的關(guān)鍵性技術(shù)之一被使用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監(jiān)測(cè)的特殊環(huán)境，礦用壓力傳感器主要有振弦式壓力傳感器、半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器、金屬應(yīng)變片式壓力傳感器、差動(dòng)變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產(chǎn)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，具體使用哪種傳感器需要根據(jù)具體的采礦環(huán)境進(jìn)行選擇。

　　5、壓縮機(jī)、空調(diào)冷設(shè)備

　　壓力傳感器常用于空氣壓力機(jī)，以及空調(diào)制冷設(shè)備，這類情況需要傳感器產(chǎn)品外形小巧、安裝方便、導(dǎo)壓口一般采用專用閥針式設(shè)計(jì)等，而壓力傳感器剛好能滿足要求。

　　壓力傳感器助力疫情防治

　　眼下，形形色色的傳感器已滲透進(jìn)工業(yè)制造的方方面面，每秒采集到的海量數(shù)據(jù)構(gòu)成了智能物聯(lián)的基礎(chǔ)。得益于傳感器的廣泛應(yīng)用，智能制造中的數(shù)據(jù)利用不再是一個(gè)難題，人們也能利用這些數(shù)據(jù)判斷和解決現(xiàn)實(shí)中面臨的難題。在此次全球范圍內(nèi)的COVID-19流行期間，壓力傳感器在呼吸機(jī)中就發(fā)揮了這樣的作用。

　　新冠病毒感染后，呼吸困難是危重病人的典型癥狀。呼吸機(jī)是當(dāng)下患者最需要的醫(yī)療設(shè)備，呼吸機(jī)能使肺泡在呼氣末保持一定壓力，增加功能殘氣量，防止肺泡萎陷，從而改變通氣和換氣功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人進(jìn)行輔助呼吸治療的目的。

　　在呼吸機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中，檢測(cè)病患呼吸壓力的變化和振動(dòng)（如打鼾）至關(guān)重要。病人呼氣期間的二氧化碳水平，也可通過差壓傳感器進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。比如，呼吸機(jī)通過使用差壓傳感器可測(cè)量 2英寸水柱壓力差，更好地獲取患者二氧化碳輸出量，以調(diào)節(jié)輸入壓力大小。

　　具體來說，壓力傳感器可將氣道壓力轉(zhuǎn)化為差動(dòng)信號(hào)，并將測(cè)量值交給電路MCU準(zhǔn)確做出吸氣和呼氣判斷。之后，由MCU發(fā)出指令控制進(jìn)氣泵，增大或者減小管道壓強(qiáng)。使患者呼吸自然順暢，且不會(huì)產(chǎn)生抵觸感。

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