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江蘇邱成機電有限公司

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在了解壓阻式壓力傳感器時，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。電阻應變片應用最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生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產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）顯示或執行機構。

作業方式編輯 語音

選擇壓力傳感器的時候需要注意很多問題，比如，壓力傳感器的量程、精度、壓力傳感器的溫度特性，化學特性都是要考慮的，而壓力傳感器的作業方式也是需要考慮的重要問題。

例如傳感器用于氣體壓力的測量與液體壓力的測量時情況便不同。氣體是可壓縮流體，增多時會貯存一定的壓縮能，減壓時又以動能釋放出來，給傳感器彈性膜施加沖擊波。要求壓力傳感器有較大的過載能力。液體是不可壓縮流體，在壓力傳感器安裝時，擰緊螺拴又無可壓縮空間則可使液體壓力升高超過彈性膜的耐壓極限，導致彈性膜破裂。由于這種情況屢屢發生，也要求壓力傳感器有較大的過壓能力。壓力傳感器的工作環境惡劣時，例如有大的振動、沖擊，大的電磁干擾，對傳感器提出更為嚴格的要求。不僅過壓能力強，而且要求機械密封可靠，防松動，傳感器安裝正確。傳感器自身的引線、引腳以及外導線都應加以電磁屏蔽，并將屏蔽良好接地。此外，應考慮壓力傳感器與所測流體介質的相容性問題。例如傳感器的彈性膜結構應與腐蝕性介質相隔開，此時采有不銹鋼波紋套傳感器，傳感器內用硅油作傳壓介質。傳感器檢測易燃、易爆介質壓力時，使用小激勵電流，防止彈性膜破裂時產生火花、火星，并增加壓力傳感器外套的耐壓能力。

只有了解了壓力傳感器的作業方式才能更好的選擇壓力傳感器，尤其是如今壓力傳感器正在飛速發展，所以了解壓力傳感器的作業方式是非常必要的。

關鍵作用

壓力傳感器不僅在生產測量中應用廣泛，如今在我們生活中也常常看見，在我們大多的交通工具中都有壓力傳感器，可能一般人知道汽車上有壓力傳感器，其實普通的摩托車上也有壓力傳感器的應用。

摩托車的動力來自汽油機汽缸內油的燃燒。只有充分燃燒才能提供很好的動力，良好的燃燒必須具備良好的混合氣、充分的壓縮和點火三個條件。電噴系統能否正確的將空燃比控制在所需的范圍內，決定了發動機的動力性、經濟性和排放指標的優劣。而汽油機空燃比的控制是采用調整與進氣量相匹配的供油量實現的，因此，進氣空氣流量的測量精度直接影響空燃比的控制精度。

內部結構

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，所需的驅動電流太大，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。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。

基本原理

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生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

R=ρ常見故障

壓力傳感器容易出現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的其他環節的問題；

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。這種故障有可能是壓力源的問題。壓力源本身是一個不穩定的壓力，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。出現偏差是正常的現象，確認正常的偏差范圍即可；

最后一種易出現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，安裝固定后調整變送器零位到標準值。

零點漂移

造成壓力傳感器的零點漂移的主要有以下幾個原因：

1.應變片膠層有氣泡或者有雜質

2.應變片本身性能不穩定

3.電路中有虛焊點

4.彈性體的應力釋放不*；此外還和磁場,頻率,溫度等很多有關系。電漂或一些漂移都會存在，但我們可以通過一些方式縮小其范圍或修正。

零點熱漂移是影響壓力傳感器性能的重要指標，受到廣泛重視。國際上認為零點熱漂移僅取決于力敏電阻的不等性及其溫度非線性，其實零點熱漂移還與力敏電阻的反向漏電有關。在這點上，多晶硅可以吸除襯底中的重金屬雜質，從而減小力敏電阻的反向漏電、改善零點熱漂移，提高傳感器的性能。

縮小電漂移和修正電漂移還有哪些方式呢，零點電漂移除了影響壓力傳感器的測量精度和降低靈敏度之外，還有哪些重要影響呢。

利用零點電漂移可以消除壓力傳感器的熱零點漂移，所謂零點漂移，是指當放大器的輸入端短路時，在輸入端有不規律的、變化緩慢的電壓產生的現象。產生零點漂移的主要原因是溫度的變化對晶體管參數的影響以及電源電壓的波動等，在多數放大器中，前級的零點漂移影響，級數越多和放大倍數越大，則零點漂移越嚴重。

漂移的大小主要在于應變材料的選用，材料的結構或是組成決定其穩定性或是熱敏性。

材料選好后的加工制成也很重要，工藝不同，會生產出不同效果的應變值，關鍵也在于通過一些老化等調節后，電橋值的穩定或程規律的變化。

漂移的調節手段很多，大都根據廠家的條件或生產需求所決定，大多數廠家對零點漂移都控制得很好。溫度調節可通過內部溫度電阻和制熱零敏度電阻補償、老化等。

對于采用電路轉換的變壓器中，電路部份的漂移可用通過選用好的元器件和設計更合適的電路來補償。

應變材料要選靈敏系數高、溫度變化小的材料。

故障檢測

檢查施工現場出現的故障，絕大多數是由于壓力傳感器使用和安裝方法不當引起的，歸納起來有幾個方面。

1、一次元件(孔板、遠傳測量接頭等)堵塞或安裝形式不對，取壓點不合理。

2、引壓管泄漏或堵塞，充液管里有殘存氣體或充氣管里有殘存液體，變送器過程法蘭中存有沉積物，形成測量死區。

3、變送器接線不正確，電源電壓過高或過低，指示表頭與儀表接線端子連接處接觸不良。

4、沒有嚴格按照技術要求安裝，安裝方式和現場環境不符合技術要求。

注意事項編輯 語音

首先，要避免變送器跟具有腐蝕性和溫度過高的介質接觸以避免損壞它;導壓管安裝的位置是在溫度波動較小的場合;在測量一些介質具有很高的溫度的時候，必須要接上冷凝器，這是因為要避免變送器在工作的時候溫度超過一定的限度;要保持好導管里的暢通無阻;在寒冷的冬天使用時，如果變送器安裝在室外的話，還得注意采取好防凍的措施，這是為了不讓引壓口里的液體因為結冰的緣故導致它的體積膨脹起來，這樣容易損害傳感器;使用者在接線的時候，要把電纜穿過防水的接頭又或者是繞性管然后將密封螺帽給擰緊，這是可以防止液體這些東西經過電纜滲漏到變送器的殼體里面。來說一下在測量液體壓力和氣體壓力時的注意事項，大家要區分清楚。在測量液體壓力的時候，取壓口必須要開在流程管道的側面的地方，這是為了防止有渣滓沉

淀的緣故，還有這個時候安裝變送器的地方應該防止有其他液體的沖擊，避免傳感器因為受到的壓力過大而損壞。而在測量氣體壓力的時候，這個取壓口就必須開在流程管道的頂端位置，注意這是跟測量液體壓力的時候的差異，然后變送器必須要安裝在流程管道的上部，這是方便已經積累的液體可以容易地注入到流程管道中去。

在日常生活中使用和購買壓力傳感器都需要都它有一定的了解，特別在使用的時候，如果沒有了解好注意事項的話，很容易導致機器發生故障或者損壞傳感器現象的發生，又或者是導致測量精確度下降甚至數據有誤。 [5] 

選用使用方法編輯 語音

壓力傳感器是工業實踐中最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在給定范圍內表現為連續的信號。或在一段連續的時間間隔內，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現為任意數值的信號。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：很多時候大家都認為國產的產品是不好用，甚至是不能用。

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

3、追求廉價：物美價廉這是每個人希望看到的；但事實上，高品質的產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、選擇恰當的位置；

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實踐中廣泛應用于各種工業自控環境，涉及眾多行業，因此對其進行一個全面的了解是非常有必要的。

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·/m）

S——導體的截面積（）

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生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，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。

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 / 3.3 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定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

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、高穩定性。電氣絕緣程度大于2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，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。

保護編輯 語音

壓力傳感器我們經常使用，我們在使用過程中一定要注意保護壓力傳感器，因為壓力傳感器雖然有不銹鋼保護，但是壓力傳感器還是很容易損壞的，尤其是使用不當很容易造成壓力傳感器損壞導致損失。

首先肯定是傳感器超量程使用，不要施加超過額定耐壓力的壓力。若施加了耐壓力以上的壓力，可能引起破損。其次是使用環境，避免在有可燃性和爆炸性氣體的環境下使用。還有就是電源電壓和負載短路，使用時請不要超過使用電壓范圍。若施加了使用電壓范圍以上的電壓，則可能引起破裂或燒毀。避免使負載短路。否則可能引起破裂或燒毀。還有一點比較少見就是誤布線，避免對電源的極性等進行錯誤布線。否則可能引起破裂或燒毀。

壓力傳感器在使用的時候一定要學會如何保護它，否則它很容易被損壞從而造成生產上的損失，當然只要我們按廠家說明書正確操作，避免上述的幾個問題，壓力傳感器還是可以長時間工作的。有些壓力傳感器能用到幾年甚至十幾年。主要是要學會如何保護它。

分類編輯 語音

壓電式

壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應。壓電效應是某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷

的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多，按彈性敏感元件和受力機構的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關系的電信號。這種傳感器的特點是體積小、動態特性好、耐高溫等。現代測量技術對傳感器的性能出越來越高的要求。

例如用壓力傳感器測量繪制內燃機示功圖，在測量中不允許用水冷卻，并要求傳感器能耐高溫和體積小。壓電材料合于研制這種壓力傳感器。石英是一種非常好的壓電材料，壓電效應就是在它上面發現。比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點高達1210℃，是制造高溫傳感器的理想壓電材料。

擴散硅式

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，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。

藍寶石式

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，不會發生滯后、疲勞和蠕變現象；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），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強；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。

壓電傳感器編輯 語音

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現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質*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，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。

壓電效應也應用在多晶體上，比如壓電陶瓷，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動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量在膛中擊發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，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

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