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基本簡介

[2]是工業(yè)實踐中為常用的一種傳感器，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模擬信號是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號。 或在一段連續(xù)的時間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向的。某些晶體介質(zhì)，當沿著一定方向受到機械力作用發(fā)生變形時，就產(chǎn)生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據(jù)這個效應研制出了壓力傳感器。

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)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，相對密度1.80，熔點190℃，能夠承受高溫和相當高的濕度，在空氣中穩(wěn)定。常溫下( 20℃)在水中的溶解度為37.4g，微溶于乙醇，不溶于丙酮，所以 已經(jīng)得到了廣泛的應用。在現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，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)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣。

除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應制造出來的壓阻傳感器，利用應變效應的應變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發(fā)揮它們*的用途。

折疊編輯本段工作原理

折疊半導體壓電阻

半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號。

折疊靜電容量型壓力傳感器

靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容，將通過外力（壓力）使可動極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉換成電氣信號。 （E8Y的動作原理便是靜電容量方式，其他機種采用半導體方式）。

折疊編輯本段基本要點

折疊一、正確安裝安裝方法

通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當而引起的，如果將傳感器強行安裝在過小的孔或形狀不規(guī)則的孔中，就有可能造成傳感器的震動膜受到?jīng)_擊而損壞，選擇合適的工具加工安裝孔，有利于控制安裝孔的尺寸，另外，合適的安裝扭矩有利于形成良好的密封，但是如果安裝扭矩過高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上涂抹防脫化合物。

(1) 通過適當?shù)膬x表， 在普通大氣壓和標準溫度條件下，核實壓力傳感器的頻率反應值。

(2) 核實壓力傳感器的編碼與相應的頻率反應信號的正確性。

折疊二、確定具體安裝位置

為了確定壓力傳感器的編號和具體安裝位置， 需按充氣網(wǎng)的各個充氣段來考慮。

(1) 壓力傳感器必須沿著線纜進行安裝， 安裝在線纜接頭處。

(2) 每條線纜裝設壓力傳感器不少于4個， 靠近的兩個壓力傳感器， 相距不應大干200m。

(3) 每條線纜的始端和末端分別安裝1個。

(4) 每條線纜的分支點應裝1個， 如果兩個分支點相距較近(小于100 m)，可只裝1個。

(5) 線纜敷設方式(架空、地下)改變處應裝1個

(6) 對無分支的線纜， 因壘線的線纜程式一致， 壓力傳感器的安裝隔距不大干500m， 并使其總數(shù)不少于4個。

(7) 為了便于確定壓力傳感器故障點， 除在起點安裝壓力傳感器外，距起點150~200m處，還要另外安裝1個當然在設計中， 一定要考慮經(jīng)濟與技術的因素， 在不需要安裝壓力傳感器的地方，則應不必安裝。

折疊三、檢查安裝孔的尺寸

如果安裝孔的尺寸不合適，高溫熔體壓力傳感器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損，這不僅會影響設備的密封性能，而且使傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業(yè)標準1/2-20UNF2B)，通常可以采用安裝孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出適當?shù)恼{(diào)整。

折疊編輯本段性能參數(shù)

壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，如何選擇較為適用的傳感器，做到經(jīng)濟、合理。

1. 額定壓力范圍

額定壓力范圍是滿足標準規(guī)定值的壓力范圍。也就是在和低壓力之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實際應用時傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。現(xiàn)在傳感器的

 

 

測量能夠達到300MPa或以上。

2. 大壓力范圍

大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的大壓力，且不引起輸出特性性改變。特別是半導體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會被損壞。一般大壓力是額定壓力的2－3倍。

3. 損壞壓力

損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的大壓力。

4. 線性度

線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關系的大偏離。

5.壓力遲滯

為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從小工作壓力和大工作壓力趨近某一壓力時，傳感器輸出之差。

6.溫度范圍

壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和工作溫度范圍。補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進入額定范圍內(nèi)的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。

折疊編輯本段選型指南

壓力傳感器是工業(yè)實踐中為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模擬信號是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號。或在一段連續(xù)的時間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

通常在選用的時候，需要具備以下幾點常識：

1、品牌誤區(qū)：很多時候大家都認為國產(chǎn)的產(chǎn)品是不好用，甚至是不能用。

2、精度誤區(qū)：大家在選擇產(chǎn)品的時候，總以為精度是重要的；其實從某個角度來說：穩(wěn)定性比產(chǎn)品的精度更重要，精度選擇應該是建立在高穩(wěn)定性的基礎上的。

3、追求廉價：物美價廉這是每個人希望看到的；但事實上，高品質(zhì)的產(chǎn)品就決定了它的價格會相對的高一些。

4、選擇合適的量程、合適的精度、合適安裝方式、合適的輸出方式。

在使用的時候也要對以下常識進行了解：

1、檢查安裝孔的尺寸、保持安裝孔的清潔；

2、正確安裝、選擇恰當?shù)奈恢茫?/p>

3、仔細清潔、保持干燥；

4、避免高低溫干擾、高低頻干擾、靜電干擾；

5、防止壓力過載；

壓力傳感器在我國的工業(yè)實踐中是為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(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、、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，因此對其進行一個全面的了解是非常有必要的。

折疊編輯本段應變特點

壓力傳感器的測量范圍比電感式傳感器大一倍，它不僅能檢測金屬目標，而且還能檢測電介質(zhì)，如紙、玻璃、木材和塑料等，甚至可以通過墻壁或紙殼進行檢測。由于人體在低頻下相當于電導體，因此也出現(xiàn)了用于人的顫抖測量和防盜報警。

在測量構件應變時，直接將應變片黏貼在構件上即可，但若要測量力、壓力、加速度等信號，應先將這些物理量轉變成應變，然后用應變片測量，比直接測量時多了一個轉換過程，完成這種轉換過程的原件通常稱為彈性原件，因此，應變式傳感器通常由彈性敏感原件和應變計兩部分構成。

彈性敏感原件是傳感器的核心部件，要求彈性原件彈性儲能高，通常表示為彈性材料儲存變形功而不發(fā)生變形的能力。壓力傳感器具有良好的機械加工和熱處理性能，具有較強的抗壓強度。受溫度影響小等特性，正確選擇彈性敏感原件及應變計橋路是提高應變式傳感器的重要途徑：

折疊1、測量范圍光精度高

測力傳感器可測0.01--1000000N的力，精度可達到0.05%FS以上;壓力傳感器可測0.1-1000000的壓力，精度可達到0.1%FS。

折疊2、性能可靠，壽命長

如稱重式機械杠桿稱，由于杠桿、刀口等部分互相摩擦產(chǎn)生損耗和變形，欲長期保持其精度是相當困難的，采用電阻應變式稱重傳感器制成的電子泵、汽車衡、軌道衡等，能在惡劣的環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作。

折疊3、頻率響應特性*

壓力傳感器一般電阻應變計響應時間為0.01MS，半導體應變計可達到0.001MS如能在彈性原件上采取措施則由他們構成的應變式傳感器可測幾十千赫甚至上百千赫的動態(tài)過程。

其他特點

壓力傳感器的測量范圍比電感式傳感器大一倍，它不僅能檢測金屬目標，而且還能檢測電介質(zhì)，如紙、玻璃、木材和塑料等，甚至可以通過墻壁或紙殼進行檢測。由于人體在低頻下相當于電導體，因此也出現(xiàn)了用于人的顫抖測量和防盜報警。

在測量構件應變時，直接將應變片黏貼在構件上即可，但若要測量力、壓力、加速度等信號，應先將這些物理量轉變成應變，然后用應變片測量，比直接測量時多了一個轉換過程，完成這種轉換過程的原件通常稱為彈性原件，因此，應變式傳感器通常由彈性敏感原件和應變計兩部分構成。

彈性敏感原件是傳感器的核心部件，要求彈性原件彈性儲能高，通常表示為彈性材料儲存變形功而不發(fā)生

形的能力。壓力傳感器具有良好的機械加工和熱處理性能，具有較強的抗壓強度。受溫度影響小等特性，正確選擇彈性敏感原件及應變計橋路是提高應變式傳感器的重要途徑：

1、測量范圍光精度高，測力傳感器可測0.01--1000000N的力，精度可達到0.05%FS以上;壓力傳感器可測0.1-1000000的壓力，精度可達到0.1%FS。

2、性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長，如稱重式機械杠桿稱，由于杠桿、刀口等部分互相摩擦產(chǎn)生損耗和變形，欲長期保持其精度是相當困難的，采用電阻應變式稱重傳感器制成的電子泵、汽車衡、軌道衡等，能在惡劣的環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作。

3、頻率響應特性*。壓力傳感器一般電阻應變計響應時間為0.01MS，半導體應變計可達到0.001MS如能在彈性原件上采取措施則由他們構成的應變式傳感器可測幾十千赫甚至上百千赫的動態(tài)過程。

折疊編輯本段原理應用

折疊擴散硅式原理及應用

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，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

折疊藍寶石式原理與應用

利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有的計量特性。

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，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在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。

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：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變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統(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，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

折疊壓電式原理與應用

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)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。　

現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，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)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。　

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

CHZNP-5型系列箔式中高壓力傳感器。采用了箔式應變片貼在合金鋼彈性體上，具有精度高、量程大運行穩(wěn)定、可靠性好等特點，主要用于測量系統(tǒng)的油壓、缸壓、液壓及藥品制造和自動測量與控制等方面。廣泛應用于航空、航天、石化、冶金等自動化控制領。 可選擇內(nèi)置式變送器，標準信號 0～10mA、4～20mA 或 0～5V 輸出。

量程	0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、5.0、10.0 MPa
滿量程輸出	≥1.3 mV/V
綜合精度	0.1%F·S
零點溫漂	±0.05%F·S/10℃
蠕變	±0.05%F·S/30min
工作電源	建議 10VDC （12V    24V）
工作溫度	-20 — +70℃
輸入阻抗	385±5Ω
壓力介質(zhì)	對不銹鋼無腐蝕性氣體、液體
過載壓力	150%F·S
絕緣電阻	≥5000 MΩ
材質(zhì)	316L 不銹鋼（可根據(jù)用戶需要）
縲紋接口	M20×1.5 或 M12×1     G1/2 G1/4（可根據(jù)用戶需要）

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折疊應變片式原理與應用

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用為廣泛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。

在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，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轉換和CPU）顯示或執(zhí)行機構。應變式壓力傳感器

內(nèi)部結構

它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

電阻應變片的工作原理

金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·cm2/m）

S——導體的截面積（cm2）

L——導體的長度（m）

我們以金屬絲應變電阻為例，當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），即可獲得應變金屬絲的應變情。

陶瓷式原理及應用

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，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，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，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。陶瓷式壓力傳感器

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。

折疊編輯本段發(fā)展趨勢

一、壓力傳感器產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式：要加速形成從傳感器研究開發(fā)到大生產(chǎn)一條龍的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，走自主創(chuàng)新和合作相結合的跨越式發(fā)展道路，使我國成為世界傳感器的生產(chǎn)大國。

二、傳感器產(chǎn)品結構向全面、協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)品品種要向高技術、高附加值傾斜，尤其要填補“空白”品種。

三、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模（年生產(chǎn)能力）向規(guī)模經(jīng)濟或適宜規(guī)模經(jīng)濟發(fā)展，量大面廣的通用傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年億只計，一些中檔傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)1000萬只（含以上）計；而一些傳感器和壓力傳感器的生產(chǎn)規(guī)模將以年產(chǎn)幾十萬只～幾百萬只計。

四、生產(chǎn)格局向?qū)I(yè)化發(fā)展。專業(yè)化生產(chǎn)的內(nèi)涵為：1.生產(chǎn)傳感器門類少而精；2.專門生產(chǎn)某一應用領域需要的某一類傳感器系列產(chǎn)品，以獲得較高的*；3.各傳感器企業(yè)的專業(yè)化合作生產(chǎn)。

五、傳感器大生產(chǎn)技術向自動化發(fā)展。傳感器的門類、品種繁多，所用的敏感材料各異，決定了傳感器制造技術的多樣性和復雜性，綜觀當前傳感器工藝線的概況，多數(shù)工藝已實現(xiàn)單機自動化，但距離生產(chǎn)過程全自動化尚存在諸多困難，有待今后廣泛采用CAD、CAM及先進的自動化裝備和工業(yè)機器人，予以突破。

六、壓力傳感器企業(yè)的重點技術改造應加強從依賴引進技術向引進技術的消化吸收與自主創(chuàng)新的方向轉移。

七、企業(yè)經(jīng)營要加快從國內(nèi)市場為主向國內(nèi)與國外兩個市場相結合的化方向跨越發(fā)展。

八、企業(yè)結構將向“大、中、小并舉”、“集團化、專業(yè)化生產(chǎn)共存”的格局發(fā)展。

折疊編輯本段誤差

首先的偏移量誤差：由于壓力傳感器在整個壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。

其次是靈敏度誤差：產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過程的變化。

第三是線性誤差：這是一個對壓力傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重傳感器。

后是滯后誤差：在大多數(shù)情形中，壓力傳感器的滯后誤差*可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

折疊編輯本段常見故障

壓力傳感器容易出現(xiàn)的故障主要有以下幾種：

種是壓力上去，變送器輸也上不去。此種情況，先應檢查壓力接口是否漏氣或者被堵住，如果確認不是，檢查接線方式和檢查電源，如電源正常則進行簡單加壓看輸出是否變化，或者察看傳感器零位是否有輸出，若無變化則傳感器已損壞，可能是儀表損壞或者整個系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)的問題；

第二種是加壓變送器輸出不變化，再加壓變送器輸出突然變化，泄壓變送器零位回不去，很有可能是壓力傳感器密封圈的問題。常見的是由于密封圈規(guī)格原因，傳感器擰緊之后密封圈被壓縮到傳感器引壓口里面堵塞傳感器，加壓時壓力介質(zhì)進不去，但在壓力大時突然沖開密封圈，壓力傳感器受到壓力而變化。排除這種故障的方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常，若零位正常可更換密封圈再試；

第三種是變送器輸出信號不穩(wěn)。這種故障有可能是壓力源的問題。壓力源本身是一個不穩(wěn)定的壓力，很有可能是儀表或壓力傳感器抗干擾能力不強、傳感器本身振動很厲害和傳感器故障；第四種是變送器與指針式壓力表對照偏差大。出現(xiàn)偏差是正常的現(xiàn)象，確認正常的偏差范圍即可；

后一種易出現(xiàn)的故障是微差壓變送器安裝位置對零位輸出的影響。微差壓變送器由于其測量范圍很小，變送器中傳感元件會影響到微差壓變送器的輸出。安裝時應使變送器的壓力敏感件軸向垂直于重力方向，安裝固定后調(diào)整變送器零位到標準值。

折疊編輯本段其他資料

折疊工業(yè)壓力傳感器

實際應用

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用為廣泛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。

在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，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 轉換和CPU ）顯示或執(zhí)行機構。

電阻應變片的工作原理

金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω。cm2/m ）

S ——導體的截面積（cm2 ）

L ——導體的長度（m ）

我們以金屬絲應變電阻為例，當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），即可獲得應變金屬絲的應變情況。

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陶瓷式原理及應用

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，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，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，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。

擴散硅式原理及應用

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，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

原理圖

藍寶石式原理與應用

利用應變電阻式工作原理，采用硅- 藍寶石作為半導體敏感元件，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，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅- 藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在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變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統(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，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

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壓電式樣原理與應用

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)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。

現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，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)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

結構

金屬電阻應變片的內(nèi)部結構

如圖1 所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

原則

現(xiàn)代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型

要進行—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。

在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。

2、靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的廠擾信號。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3、頻率響應特性

傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。

傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。

在動態(tài)測量中，應根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。

4、線性范圍

傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實際上，任何傳感器都不能保證的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

5、穩(wěn)定性

傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。

在選擇傳感器之前，應對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。

傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。

在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。

6、精度

精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。

如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。

對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求