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壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同的測試壓力類型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)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(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。

一、重載型

重載壓力傳感器是傳感器中一種，但是我們很少聽說這種壓力傳感器，它通常被用于交通運輸應(yīng)用中，通過監(jiān)測氣動、輕載液壓、制動壓力、機油壓力、傳動裝置、以及卡車/拖車的氣閘等關(guān)鍵系統(tǒng)的壓力、液力、流量及液位來維持重載設(shè)備的性能。

重載壓力傳感器是一種具有外殼、金屬壓力接口以及高電平信號輸出的壓力測量裝置。許多傳感器配有圓形金屬或塑料外殼，外觀呈筒狀，一端是壓力接口，另一端是電纜或連接器。這類重載壓力傳感器常用于極端溫度及電磁干擾環(huán)境。工業(yè)及交通運輸領(lǐng)域的客戶在控制系統(tǒng)中使用壓力傳感器，可實現(xiàn)對冷卻液或潤滑油等流體的壓力測量和監(jiān)控。同時，它還能夠及時檢測壓力尖峰反饋，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻塞等問題，從而即時找到解決方案。

重載壓力傳感器一直在發(fā)展，重載壓力傳感器為了能夠用于更加復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計工程師必需提高傳感器精度同時需要降低成本便于實際應(yīng)用等要求。

二、分類

1.擴散硅壓力變送器

擴散硅壓力變送器是把帶隔離的硅壓阻式壓力敏感元件封裝于不銹鋼殼體內(nèi)制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號對外輸出，擴散硅壓力變送器廣泛應(yīng)用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業(yè)過程現(xiàn)場測量和控制。

性能指標(biāo)：

測量介質(zhì)：液體或氣體（對不銹鋼殼體無腐蝕）

量程：0～30MPa

精度等級：0.1%FS、0.5%FS（可選）

穩(wěn)定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年

輸出信號：RS485、4～20mA（可選）

過載能力：150%FS

零點溫度系數(shù)：±0.01%FS/℃

滿度溫度系數(shù)：±0.02%FS/℃

防護等級：IP68

環(huán)境溫度：-10℃～80℃

存儲溫度：-40℃～85℃

供電電源：9V～36V DC；

結(jié)構(gòu)材料：外殼：不銹鋼1Cr18Ni9Ti

密封圈：氟橡膠

膜片：不銹鋼316L

電纜：φ7.2mm聚氨酯專用電纜

2.半導(dǎo)體壓電阻型

半導(dǎo)體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號。

3.靜電容量型

靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容，將通過外力（壓力）使可動極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號。

三、接線方法

壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。兩線制比較簡單，一般客戶都知道怎么接線，一根線連接電源正極，另一個線也就是信號線經(jīng)過儀器連接到電源負極，這種是最簡單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎(chǔ)上加了一個線，這根線直接連接到電源的負極，較兩線制麻煩一點。四線制壓力傳感器肯定是兩個電源輸入端，另外兩個是信號輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4～20mA輸出，4～20mA的叫壓力變送器，多數(shù)做成兩線制的。壓力傳感器的信號輸出有些是沒有經(jīng)過放大的，滿量程輸出只有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在內(nèi)部有放大電路，滿量程輸出為0～2V。至于怎么接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信號相適應(yīng)的檔位，就可以直接測量，否則要加信號調(diào)整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。

螺紋類型：壓力傳感器的螺紋有很多種，常見的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。

NPT是National (American) Pipe Thread的縮寫，屬于美國壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)的60度錐管螺紋，用于北美地區(qū)，國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱GB/T12716-1991。

PT是Pipe Thread的縮寫，是55度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯(lián)邦國家.常用於水及煤氣管行業(yè)，錐度規(guī)定為1:16。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱GB/T7306-2000。

G是55度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族。標(biāo)記為G 代表圓柱螺紋。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱GB/T7307-2001。

M是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑為20mm，螺距為1.5，如客戶無特殊要求，壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。

另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 標(biāo)記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行內(nèi)人通常用分來稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此類推。G 好像就是管螺紋的統(tǒng)稱(Guan)，55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。

ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老的國標(biāo)標(biāo)注為Rc。

公制螺紋用螺距來表示，美英制螺紋用每英寸內(nèi)的螺紋牙數(shù)來表示，這是壓力傳感器螺紋最大的區(qū)別，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。

管螺紋主要用來進行壓力管道的連接，其內(nèi)外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。

四、工作原理

1、壓阻式壓力傳感器，電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。

2、陶瓷壓力傳感器，基于壓阻效應(yīng)，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)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(yīng)，使電橋產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。

3、擴散硅壓力傳感器，也是基于壓阻效應(yīng)，利用壓阻效應(yīng)原理，被測介質(zhì)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(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，利用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。

4、藍寶石壓力傳感器，采用硅-藍寶石作為半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移。

5、壓電式壓力傳感器，壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)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(tài)的應(yīng)力。

五、無法避免誤差

在選擇壓力傳感器的時候我們要考慮他的綜合精度，而壓力傳感器的精度受哪些方面的影響呢?其實造成傳感器誤差的因素有很多，下面我們注意說四個無法避免的誤差，這是傳感器的初始誤差。

①偏移量誤差：由于壓力傳感器在整個壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。

②靈敏度誤差：產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過程的變化。

③線性誤差：這是一個對壓力傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應(yīng)包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重傳感器。

④滯后誤差：在大多數(shù)情形中，壓力傳感器的滯后誤差完全可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

壓力傳感器的這個四個誤差是無法避免的，我們只能選擇高精度的生產(chǎn)設(shè)備，利用最新技術(shù)來降低這些誤差，還可以在出廠的時候進行一定的誤差校準(zhǔn)，盡最大的可能來降低誤差以滿足客戶的需要。

六、安裝問題

通常高溫熔體壓力傳感器的損壞都是由于其安裝位置不恰當(dāng)而引起的，如果將傳感器強行安裝在過小的孔或形狀不規(guī)則的孔中，就有可能造成傳感器的震動膜受到?jīng)_擊而損壞，選擇合適的工具加工安裝孔，有利于控制安裝孔的尺寸，另外，合適的安裝扭矩有利于形成良好的密封，但是如果安裝扭矩過高就容易引起高溫熔體壓力傳感器的滑脫，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，通常在傳感器安裝之前在其螺紋部分上涂抹防脫化合物。

1. 壓力傳感器正確安裝方法

①通過適當(dāng)?shù)膬x表，在普通大氣壓和標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，核實壓力傳感器的頻率反應(yīng)值。

②核實壓力傳感器的編碼與相應(yīng)的頻率反應(yīng)信號的正確性。

2. 確定具體安裝位置

為了確定壓力傳感器的編號和具體安裝位置，需按充氣網(wǎng)的各個充氣段來考慮。

①壓力傳感器必須沿著線纜進行安裝，最好安裝在線纜接頭處。

②每條線纜裝設(shè)壓力傳感器不少于4個，靠近電話局的兩個壓力傳感器，相距不應(yīng)大干200m。

③每條線纜的始端和末端分別安裝1個。

④每條線纜的分支點應(yīng)裝1個，如果兩個分支點相距較近(小于100 m)，可只裝1個。

⑤線纜敷設(shè)方式(架空、地下)改變處應(yīng)裝1個。

⑥對無分支的線纜，因壘線的線纜程式一致，壓力傳感器的安裝隔距不大干500m，并使其總數(shù)不少于4個。

⑦為了便于確定壓力傳感器故障點，除在起點安裝壓力傳感器外，距起點150～200m處，還要另外安裝1個當(dāng)然在設(shè)計中，一定要考慮經(jīng)濟與技術(shù)的因素，在不需要安裝壓力傳感器的地方，則應(yīng)不必安裝。

如果安裝孔的尺寸不合適，高溫熔體壓力傳感器在安裝過程中，其螺紋部分就很容易受到磨損，這不僅會影響設(shè)備的密封性能，而且使傳感器不能充分發(fā)揮作用，甚至還可能產(chǎn)生安全隱患。只有合適的安裝孔才能夠避免螺紋的磨損(螺紋工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/2-20UNF2B)，通?？梢圆捎冒惭b孔測量儀對安裝孔進行檢測，以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

七、常用術(shù)語

壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，為了保證生產(chǎn)正常運行，必須對壓力進行監(jiān)測和控制。下面是壓力傳感器選型時常用的用語：

標(biāo)準(zhǔn)壓：以大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)表示的壓力大小，大于大氣壓的叫正壓；小于大氣壓的叫負壓。

絕對壓：以絕對真空為標(biāo)準(zhǔn)表示的壓力大小。

相對壓：對比較對象（標(biāo)準(zhǔn)壓）而言的壓力大小。

大氣壓：指大氣壓力。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）相當(dāng)于高度為760mm水銀柱的壓力。

真空：指低于大氣壓的壓力狀態(tài)。1Torr=1/760氣壓（atm）。

檢測壓力范圍：指傳感器的適應(yīng)壓力范圍。

可承受壓力：當(dāng)恢復(fù)到檢測壓力時，其性能不下降的可承受壓力。

往返精度：當(dāng)一定溫度（23℃）下，當(dāng)增加、減少壓力時、用檢測壓力的全標(biāo)度值去除輸出進行反轉(zhuǎn)的壓力值而得到的動作點的壓力變動值。

精度：在一定溫度（23℃）下，當(dāng)加零壓力和額定壓力時，用全標(biāo)度值去除偏離輸出電流規(guī)定值（4mA、20mA）的值而得到的值。單位用%FS表示。

線性：模擬輸出對檢測壓力呈線性變化，但與理想直線相比有偏差。用對全標(biāo)度值來說百分數(shù)來表示這種偏差的值叫線性。

遲滯（線性）：用零電壓和額定電壓在輸出電流（或電壓）值間畫出理想直線，把電流（或電壓）值與理想電流（或電壓）值之差作為誤差求出來，再求出壓力上升時和下降時的誤差值。用全標(biāo)度的電流（或電壓）值去除上述差的絕對值的最大值所得的值即為遲滯。單位用%FS表示。

遲滯：用壓力的全標(biāo)度值去除輸出ON點壓力與OFF點壓力之差所得的值既是遲滯。

非腐蝕性氣體：指空氣中含有的物質(zhì)（氮、二氧化碳等）與惰性氣體（氬、氖等）。

八、應(yīng)用領(lǐng)域

壓力傳感器主要應(yīng)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(diào)制冷設(shè)備等領(lǐng)域。

1、應(yīng)用于液壓系統(tǒng)

壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中主要是來完成力的閉環(huán)控制。當(dāng)控制閥芯突然移動時，在極短的時間內(nèi)會形成幾倍于系統(tǒng)工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機械和工業(yè)液壓中，如果設(shè)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(xiàn)抗沖擊主要有2種方法，一種是換應(yīng)變式芯片，另一種方法是外接盤管，一般在液壓系統(tǒng)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(yīng)用于安全控制系統(tǒng)

壓力傳感器在安全控制系統(tǒng)中經(jīng)常應(yīng)用，主要針對的領(lǐng)域是空壓機自身的安全管理系統(tǒng)。在安全控制領(lǐng)域有很多傳感器應(yīng)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(tǒng)中應(yīng)用也不足為奇。

在安全控制領(lǐng)域應(yīng)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(shè)備的加工技術(shù)將一些元件以及信號調(diào)節(jié)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(yōu)點之一，除此之外，價格便宜也是它的另一大優(yōu)點。在一定程度上它能夠提高系統(tǒng)測試的準(zhǔn)確度。在安全控制系統(tǒng)中，通過在出氣口的管道設(shè)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(tǒng)。當(dāng)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(diào)整來使得設(shè)備達到最大功率。

3.應(yīng)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(tǒng)、冷流道系統(tǒng)和模具的模腔內(nèi)，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(yīng)用于監(jiān)測礦山壓力

傳感器技術(shù)作為礦山壓力監(jiān)控的關(guān)鍵性技術(shù)之一。一方面，我們應(yīng)該正確應(yīng)用已有的各種傳感器來為采礦行業(yè)服務(wù)；另一方面，作為傳感器廠家還要研制和開發(fā)新型壓力傳感器來適應(yīng)更多的采礦行業(yè)應(yīng)用。壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監(jiān)測的特殊環(huán)境，礦用壓力傳感器主要有：振弦式壓力傳感器、半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器、金屬應(yīng)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(chǎn)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，具體使用哪種傳感器還有根據(jù)具體的采礦環(huán)境進行選擇。

5.應(yīng)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(dāng)人發(fā)生翻身、心跳以及呼吸等有關(guān)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(tài)，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(jié)奏等睡眠的數(shù)據(jù)，最后將所有數(shù)據(jù)處理譜成一首段的曲目，當(dāng)然能將你一個晚上的睡眠壓縮成一首幾分鐘的音樂。

6.應(yīng)用于壓縮機，空調(diào)冷設(shè)備

壓力傳感器常用于空氣壓力機，以及空調(diào)制冷設(shè)備，這類傳感器產(chǎn)品外形小巧、安裝方便、導(dǎo)壓口一般采用專用閥針式設(shè)計。

九、性能參數(shù)

壓力傳感器的種類繁多，其性能也有較大的差異，如何選擇較為適用的傳感器，做到經(jīng)濟、合理的使用。

1. 額定壓力范圍

額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實際應(yīng)用時傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。

2. 最大壓力范圍

最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的2－3倍。

3. 損壞壓力

損壞壓力是指能夠加在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。

4. 線性度

線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。

5.壓力遲滯

為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時，傳感器輸出之差。

6.溫度范圍

壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和工作溫度范圍。補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進入額定范圍內(nèi)的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。

技術(shù)參數(shù) （量程15MPa-200MPa）

參數(shù) 單位 技術(shù)指標(biāo) 參數(shù) 單位 技術(shù)指標(biāo)

靈敏度 mV/V 1.0±0.05 靈敏度溫度系數(shù) ≤%F·S/10℃ ±0.03

非線性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 工作溫度范圍 ℃ -20℃～+80℃

滯后 ≤%F·S ±0.02～±0.03 輸入電阻 Ω 400±10Ω

重復(fù)性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 輸出電阻 Ω 350±5Ω

蠕變 ≤%F·S/30min ±0.02 安全過載 ≤%F·S 150% F·S

零點輸出 ≤%F·S ±2 絕緣電阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)

零點溫度系數(shù) ≤%F·S/10℃ ±0.03 推薦激勵電壓 V 10V-15V

十、防腐技巧

壓力傳感器被應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是工業(yè)上應(yīng)用非常多的壓力傳感器，但是工業(yè)上一般要求壓力傳感器能夠防腐蝕，壓力傳感器接頭和腔體采用進口不銹鋼整體加工，作為壓力變送器彈體的不銹鋼材料耐蝕性高、衰減性能好，可以監(jiān)測任何與316L相兼容的介質(zhì)。下面我們還來介紹一下壓力傳感器的防腐技巧。

首先，了解被測介質(zhì)是否與316L相兼容：316，317L合金在100小時5%鹽霧測試中，都沒有出現(xiàn)腐蝕。其次，在選購傳感器產(chǎn)品時，向供應(yīng)商咨詢介質(zhì)對壓力傳感器是否有影響；通過對彈體耐腐蝕材料的選擇，以便達到用戶使用的需求。最后，我們可以采用隔離辦法：壓力變送器前有鉬2鈦和鉭片，膜片與彈道管之間用甲基硅油傳送壓力，最小量程可做到0～100kPa，如果膜片材料還不耐腐，則可加一層F46膜片，但儀表靈敏度有所降低。也可直接用F46作隔離膜片，傳遞液可選用氟油，則可起雙重隔離作用。

壓力傳感器在使用過程中一旦發(fā)現(xiàn)其不能與介質(zhì)兼容就必須馬上更換傳感器，對應(yīng)一些特殊的介質(zhì)我們可以采用特殊的材質(zhì)或者特殊的結(jié)構(gòu)來進行測量，壓力傳感器未來肯定會得到更加廣泛的應(yīng)用，所以作為廠家我們要積極開發(fā)新型壓力傳感器來適應(yīng)需要。