應變式壓力感測器

Strain Gauge Pressure Transducer 應變計中應用最多的是粘貼式應變計(即應變片)。它的主要缺點是輸出信號小、線性範圍窄，而且動態響應較差(見電阻應變計、半導體應變計)。但由於應變片的體積小，商品化的應變片有多種規格可供選擇，而且可以靈活設計彈性敏感元件的形式以適應各種應用場合，所以用應變片製造的應變式壓力感測器仍有廣泛的應用。按彈性敏感元件結構的不同，應變式壓力感測器大致可分為應變管式、膜片式、應變梁式和組合式4種。

應變式壓力感測器是壓力感測器中應用比較多的一種感測器，它一般用於測量較大的壓力，廣泛應用於測量管道內部壓力、內燃機燃氣的壓力、壓差和噴射壓力、發動機和導彈試驗中的脈動壓力，以及各種領域中的流體壓力等。

又稱應變筒式。它的彈性敏感元件為一端封閉的薄壁圓筒，其另一端帶有法蘭與被測系統連接。在筒壁上貼有2片或4片應變片，其中一半貼在實心部分作為溫度補償片，另一半作為測量應變片。當沒有壓力時 4片應變片組成平衡的全橋式電路；當壓力作用於內腔時，圓筒變形成“腰鼓形”,使電橋失去平衡，輸出與壓力成一定關係的電壓。這種感測器還可以利用活塞將被測壓力轉換為力傳遞到應變筒上或通過垂鏈形狀的膜片傳遞被測壓力。應變管式壓力感測器的結構簡單、製造方便、適用性強，在火箭彈、炮彈和火炮的動態壓力測量方面有廣泛應用。

它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時，中心處徑嚮應變和切嚮應變均達到正的最大值，而邊緣處徑嚮應變達到負的最大值，切嚮應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處，並接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補償作用。採用圓形箔式應變計(見電阻應變計)則能最大限度地利用膜片的應變效果。這種感測器的非線性較顯著。膜片式壓力感測器的最新產品是將彈性敏感元件和應變片的作用集於單晶硅膜片一身，即採用集成電路工藝在單晶硅膜片上擴散製作電阻條，並採用周邊固定結構製成的固態壓力感測器（見壓阻式感測器）。

測量較小壓力時，可採用固定梁或等強度梁的結構。一種方法是用膜片把壓力轉換為力再通過傳力桿傳遞給應變梁。圖3中兩端固定梁的最大應變處在梁的兩端和中點，應變片就貼在這些地方。這種結構還有其他形式，例如可採用懸樑與膜片或波紋管構成。

在組合式應變壓力感測器中，彈性敏感元件可分為感受元件和彈性應變元件。感受元件把壓力轉換為力傳遞到彈性應變元件應變最敏感的部位，而應變片則貼在彈性應變元件的最大應變處。實際上較複雜的應變管式和應變梁式都屬於這種型式。感受元件有膜片、膜盒、波紋管、波登管等，彈性應變元件有懸臂樑、固定梁、Π形梁、環形梁、薄壁筒等。它們之間可根據不同需要組合成多種型式。應變式壓力感測器主要用來測量流動介質動態或靜態壓力，例如動力管道設備的進出口氣體或液體的壓力、內燃機管道壓力等等。