Baumer壓力傳感器 PBMN23B15AA14441212000

上海歐戟貿(mào)易有限公司

周凱洋

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Baumer壓力傳感器 PBMN23B15AA14441212000

壓力傳感器（Pressure sensor）：

能夠測量壓力并提供遠傳電信號的裝置統(tǒng)稱為壓力傳感器。壓力傳感器是壓力檢測儀表的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)型式多種多樣，常見的型式有應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式壓力傳感器等。此外還有光電式、光纖式、超聲式壓力傳感器等。采用壓力傳感器可以直接將被測壓力變換成各種形式的電信號，便于滿足自動化系統(tǒng)集中檢測與控制的要求，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

壓力傳感器的類型：

01應(yīng)變式壓力傳感器

應(yīng)變式壓力傳感器是一種通過測量各種彈性元件的應(yīng)變來間接測量壓力的傳感器。根據(jù)制作材料的不同，應(yīng)變元件可以分為金屬和半導體兩大類。應(yīng)變元件的工作原理基于導體和半導體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當導體和半導體材料發(fā)生機械變形時，其電阻值將發(fā)生變化。

當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，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。只要測出加在電阻兩端的電壓的變化，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。

02壓阻式壓力傳感器

壓阻壓力傳感器是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。它又稱為擴散硅壓阻壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測壓力的。

壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應(yīng)（Piezoresistive effect）。壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，并不會產(chǎn)生電荷。

大多數(shù)金屬材料與半導體材料都被發(fā)現(xiàn)具有壓阻效應(yīng)。其中半導體材料中的壓阻效應(yīng)遠大于金屬。由于硅是現(xiàn)今集成電路的主要原料，以硅制作而成的壓阻性元件的應(yīng)用就變得非常有意義。硅的電阻變化不單是來自與應(yīng)力有關(guān)的幾何形變，而且也來自材料本身與應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發(fā)生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關(guān)的等效質(zhì)量(effective mass)的變化。在P型硅中，此現(xiàn)象變得更復(fù)雜，而且也導致等效質(zhì)量改變及電洞轉(zhuǎn)換。

壓阻壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零位），當傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶?。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng)的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經(jīng)過放大后，再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號，該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補償，即產(chǎn)生了輸入電壓成線性對應(yīng)關(guān)系的4～20mA的標準輸出信號。

為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳感器都采用溫度補償措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標保持較高水平。

03電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗*力。這種傳感器適于測量動態(tài)高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和*式等型式。

差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間，構(gòu)成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應(yīng)減小，測量結(jié)果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現(xiàn)對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。