常見(jiàn)的壓力傳感器類型和測(cè)量原理
壓力傳感器是一種能夠感知壓力信號(hào)，并按照一定的規(guī)則將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用的輸出電信號(hào)的裝置。壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成。下文我將給大家詳細(xì)講述壓力傳感器的類型和測(cè)量原理。
常見(jiàn)壓力傳感器的類型和測(cè)量原理
1、壓電壓力傳感器
它是一種基于壓電效應(yīng)，利用電器元件和其他機(jī)械將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電能，進(jìn)而進(jìn)行測(cè)量工作的精密測(cè)量?jī)x器。壓電傳感器只能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。主要壓電材料有:磷酸二氫鈉、酒石酸鉀鈉和石英。隨著科技的發(fā)展，壓電效應(yīng)也被應(yīng)用到多晶體上。例如，包括壓電陶瓷、鈦酸鋇鎂壓電陶瓷、鉭酸鹽基壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷。
基于壓電效應(yīng)工作的傳感器是機(jī)電轉(zhuǎn)換和自發(fā)電傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。當(dāng)壓電材料受到外力時(shí)，在表面上形成電荷。電荷經(jīng)電荷放大器、測(cè)量電路放大、阻抗變換后，轉(zhuǎn)換成與外力成正比的功率輸出。它用于測(cè)量力和可以轉(zhuǎn)化為力的非電量，如加速度和壓力。
優(yōu)點(diǎn)：重量輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信噪比高、靈敏度高、信號(hào)帶寬寬。
缺點(diǎn)：有些電壓材料不潮濕，需要采取一系列防潮措施；并且輸出電流響應(yīng)比較差，需要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。
2、壓阻壓力傳感器
壓阻效應(yīng)用于描述機(jī)械應(yīng)力下材料電阻的變化。與壓電效應(yīng)不同，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，不產(chǎn)生電荷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬材料和半導(dǎo)體材料具有壓阻效應(yīng)。由于硅是當(dāng)今集成電路的主要材料，硅壓阻元件的應(yīng)用變得非常有意義。電阻的變化不僅是由于應(yīng)力相關(guān)的幾何變形，還來(lái)自材料本身的應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得程度因子大于金屬的數(shù)百倍。
壓阻壓力傳感器通常通過(guò)導(dǎo)線連接到惠斯通電橋。通常，敏感芯沒(méi)有外壓，電橋處于平衡狀態(tài)(稱為零位)。當(dāng)傳感器受壓時(shí)，芯片的電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶狻Ｈ绻陔姌蛏鲜┘雍愣ǖ碾娏骰螂妷涸?，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，使傳感器的電阻變化通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)輸出。電橋檢測(cè)電阻值的變化。經(jīng)過(guò)放大后，通過(guò)電壓和電流的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流信號(hào)。非線性校正環(huán)路對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)生4至20 mA標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，該信號(hào)與輸入電壓呈線性關(guān)系。
為了減小溫度變化對(duì)核心電阻值的影響，提高測(cè)量精度，壓力傳感器采用了溫度補(bǔ)償措施，以保持其高水平的零點(diǎn)漂移、靈敏度、線性度和穩(wěn)定性。
