压力传感器的工作原理
作者:admin 时间：2018-12-10 10:11
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较
1 、应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类（Species）繁多，如电阻应变片压力（pressure）传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式
压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传
感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好
线性特性。下面新葡萄京388游戏平台主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，新葡萄京388游戏平台首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种
将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器(transducer)的主要组成
部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片
又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产
生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻(中文名:电阻器) 应变片也一起产生形变，使应变片的
阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通
常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处
理电路显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构
如图1 所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘
保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电
阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度
过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复
杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻(中文名:电阻器) 应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理（基本的规律）是吸附在基体材料上应变电阻随机械（machinery）形变而产生阻值变化的
现象，俗称为电阻(中文名:电阻器) 应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
式中：ρ——金属导体的电阻率
S ——导体的截面积
L ——导体的长度
新葡萄京388游戏平台以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化。
从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属(Metal)丝受外力作用而伸长时，其长度
增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增
加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化，即可获得
应变金属丝的应变情
2 、陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片
产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于
压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电
压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传
感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度
补偿0 ～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性
及它的厚膜电阻可以使它的工作温度（temperature)范围高达-40 ～135 ℃，而且具有测量的高精度、高稳
定性。电气（diàn qì）绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是
压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多
用户使用(use)陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
3 、扩散硅压力传感器原理及应用（application）
工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与
介质压力（pressure）成正比的微位移，使传感器的电阻(中文名:电阻器) 值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转
换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
原理图
4 、蓝宝石压力（pressure）传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理，采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量
特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成（composition），不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚
固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性，因此。
利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很
好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅(silicon)- 蓝宝石半导体敏感元件，无p-n 漂移。
因此，从根本上简化了制造(zhì zào)工艺，提高了重复性，确保了高成品率。
用硅- 蓝宝石半导体（semiconductor）敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正
常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。压力变送器厂家是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。
表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异
质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接
收膜片上。在压力的作用下，钛合金
接收膜片产生形变，该形变被硅- 蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的
幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电
信号输出。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基
极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到
压力测量的目的。
5 、压电压力传感器原理与应用
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英
一种天然(natural)晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内。
压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失。压力变送器是指以输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二葱缕咸丫�388游戏平台潜斫胁饬俊⒅甘竞凸痰鹘凇Ｓ捎谒孀庞αΦ谋浠绯”浠⑿。允⒅�
渐被其他的压电晶体所替代。差压变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能
在室温和湿度比较低的环境(environmental)下才能够应用。磷酸(化学式： H3PO4)二氢胺属于人造晶体，能够承受高温（hyperthermia）和相当
高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT 、
铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量(cè liáng)，因为经过外力
作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的。
所以这决定了压电传感器只能够测量(cè liáng)动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用
加速度计。它具有结构简单、体积（volume)小、重量轻、使用寿命(lifetime)长等优异的特点。压电式加速度
传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别
航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力
测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬
间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的
压力。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感
器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
1 、应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类（Species）繁多，如电阻应变片压力（pressure）传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式
压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传
感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好
线性特性。下面新葡萄京388游戏平台主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，新葡萄京388游戏平台首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种
将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器(transducer)的主要组成
部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片
又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产
生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻(中文名:电阻器) 应变片也一起产生形变，使应变片的
阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通
常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处
理电路显示或执行机构。
金属电阻应变片的内部结构
如图1 所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘
保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电
阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度
过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复
杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻(中文名:电阻器) 应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理（基本的规律）是吸附在基体材料上应变电阻随机械（machinery）形变而产生阻值变化的
现象，俗称为电阻(中文名:电阻器) 应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
式中：ρ——金属导体的电阻率
S ——导体的截面积
L ——导体的长度
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从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属(Metal)丝受外力作用而伸长时，其长度
增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增
加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化，即可获得
应变金属丝的应变情
2 、陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片
产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于
压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电
压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传
感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度
补偿0 ～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性
及它的厚膜电阻可以使它的工作温度（temperature)范围高达-40 ～135 ℃，而且具有测量的高精度、高稳
定性。电气（diàn qì）绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是
压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多
用户使用(use)陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
3 、扩散硅压力传感器原理及应用（application）
工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与
介质压力（pressure）成正比的微位移，使传感器的电阻(中文名:电阻器) 值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转
换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
原理图
4 、蓝宝石压力（pressure）传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理，采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量
特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成（composition），不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚
固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性，因此。
利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很
好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅(silicon)- 蓝宝石半导体敏感元件，无p-n 漂移。
因此，从根本上简化了制造(zhì zào)工艺，提高了重复性，确保了高成品率。
用硅- 蓝宝石半导体（semiconductor）敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正
常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。压力变送器厂家是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。
表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异
质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接
收膜片上。在压力的作用下，钛合金
接收膜片产生形变，该形变被硅- 蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的
幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电
信号输出。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基
极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到
压力测量的目的。
5 、压电压力传感器原理与应用
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英
一种天然(natural)晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内。
压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失。压力变送器是指以输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二葱缕咸丫�388游戏平台潜斫胁饬俊⒅甘竞凸痰鹘凇Ｓ捎谒孀庞αΦ谋浠绯”浠⑿。允⒅�
渐被其他的压电晶体所替代。差压变送器的主要作用把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力其原理大致是：将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能
在室温和湿度比较低的环境(environmental)下才能够应用。磷酸(化学式： H3PO4)二氢胺属于人造晶体，能够承受高温（hyperthermia）和相当
高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT 、
铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量(cè liáng)，因为经过外力
作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的。
所以这决定了压电传感器只能够测量(cè liáng)动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用
加速度计。它具有结构简单、体积（volume)小、重量轻、使用寿命(lifetime)长等优异的特点。压电式加速度
传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别
航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力
测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬
间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的
压力。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感
器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
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