- 干貨：壓力傳感器的工作原理及趨勢分析
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2017/3/6
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。并且在不同環境下，需要使用不同類型的壓力傳感器，以避免誤差。
不同壓力傳感器的工作原理
1、壓阻式力傳感器：電阻應變片是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。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生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。
2、陶瓷壓力傳感器：陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產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，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2．0／3．0／3．3mV／V等，可以和應變式傳感器相兼容。
3、擴散硅壓力傳感器：擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應，利用壓阻效應原理，被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，利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。
4、藍寶石壓力傳感器：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，具有無與倫比的計量特性。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極強；另外，硅－藍寶石半導體敏感元件，無p－n漂移。
5、壓電式壓力傳感器：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測量，因為經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的應力。
壓力傳感器的應用領域
壓力傳感器主要應用于：增壓缸、增壓器、氣液增壓缸、氣液增壓器、壓力機，壓縮機，空調制冷設備等領域。
1、應用于液壓系統
壓力傳感器在液壓系統中主要是來完成力的閉環控制。當控制閥芯突然移動時，在極短的時間內會形成幾倍于系統工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機械和工業液壓中，如果設計時沒有考慮到這樣的極端工況，任何壓力傳感器很快就會被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器，壓力傳感器實現抗沖擊主要有2種方法，一種是換應變式芯片，另一種方法是外接盤管，一般在液壓系統中采用第一種方法，主要是因為安裝方便。此外還有一個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。
2．應用于安全控制系統
壓力傳感器在安全控制系統中經常應用，主要針對的領域是空壓機自身的安全管理系統。在安全控制領域有很多傳感器應用，壓力傳感器作為一種非常常見的傳感器，在安全控制系統中應用也不足為奇。
在安全控制領域應用一般從性能方面來考慮，從價格上的考慮，還有從實際操作的安全性方便性來考慮，實際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機械設備的加工技術將一些元件以及信號調節器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優點之一，除此之外，價格便宜也是它的另一大優點。在一定程度上它能夠提高系統測試的準確度。在安全控制系統中，通過在出氣口的管道設備中安裝壓力傳感器來在一定程度上控制壓縮機帶來的壓力，這算是一定的保護措施，也是非常有效的控制系統。當壓縮機正常啟動后，如果壓力值未達到上限，那么控制器就會打開進氣口通過調整來使得設備達到最大功率。
3．應用于注塑模具
壓力傳感器在注塑模具中有著重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機的噴嘴、熱流道系統、冷流道系統和模具的模腔內，它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。
4．應用于監測礦山壓力
傳感器技術作為礦山壓力監控的關鍵性技術之一。一方面，我們應該正確應用已有的各種傳感器來為采礦行業服務；另一方面，作為傳感器廠家還要研制和開發新型壓力傳感器來適應更多的采礦行業應用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監測的特殊環境，礦用壓力傳感器主要有：振弦式壓力傳感器、半導體壓阻式壓力傳感器、金屬應變片式壓力傳感器、差動變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產行業都有廣泛的應用，具體使用哪種傳感器還有根據具體的采礦環境進行選擇。
5．應用于促進睡眠
壓力傳感器本身無法促進睡眠，我們只是將壓力傳感器放在床墊地下，由于壓力傳感器具有高靈敏度，當人發生翻身、心跳以及呼吸等有關的動作時，傳感器會分析這一系列信息，去推斷睡眠人睡覺處于一個什么狀態，然后通過對傳感器的分析，收集傳感器的信號得到心跳和呼吸節奏等睡眠的數據，最后將所有數據處理譜成一首段的曲目，當然能將你一個晚上的睡眠壓縮成一首幾分鐘的音樂。
6．應用于壓縮機，空調冷設備
壓力傳感器常用于空氣壓力機，以及空調制冷設備，這類傳感器產品外形小巧、安裝方便、導壓口一般采用專用閥針式設計。
趨勢
1．主要垂直行業，包括石油和天然氣、汽車和醫療保健的技術進步導致了多種應用程序以及壓力傳感器功能的演變。
2．汽車領域是壓力傳感器的最重要的用戶之一，汽車生產的激增導致對壓力傳感器和相關組件的需求不斷增加。
3．機動車安全已成為整個汽車行業的重要方面，圍繞此項特性的嚴格的政府法規有助于促進汽車行業壓力傳感器的需求增長。
4．基于微機電系統（MEMS）和納機電系統（NEMS）的技術一直以來廣受大眾歡迎，采用量大增，導致壓力傳感器市場的增長。
5．消費電子壓力傳感器使用量大大增加，成為整個市場發展最快的應用領域。
6．終端使用行業如汽車和醫療保健市場趨于成熟成為阻礙北美和歐洲壓力傳感器市場的一大挑戰。
7．在亞洲國家，如中國、日本、印度和韓國快速的工業化和機動車生產都可以歸結為亞太壓力傳感器市場的發展。
8．亞太和中東地區的智能城市基礎設施的發展持有巨大的未來增長潛力。
9．消費者購買壓力傳感器對其安裝和更換不斷飆升的成本心存憂慮，可能會影響壓力傳感器市場。
10．在過去的幾年中，壓力傳感器市場取得了迅速進展，對競爭格局產生了積極影響，為市場引入了新的參與者并擴大了市場現有參與者的范圍。
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