壓力感測器和壓力變送器

壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器，其廣泛應用於各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。壓力感測器可應用於布線和電源供給困難的區域、人員不能到達的區域(如高溫、嚴寒、高濕的區域，受到污染的區域或環境被破壞的區域)和一些臨時場合等，實現了感測系統的遠程測試，這也是信息時代測試的必然趨勢。壓力感測器無線採集系統由前端感測器數據採集發射部分及末端的數據接收部分組成。

壓力感測器數據採集發射部分由壓力感測器、溫度感測器、信號處理部分、微處理器(一般是單片機)和無線發射電路組成。壓力和溫度感測器獲取周圍環境的壓力、溫度值。信號處理部分包括前向通道、程式控制放大器和A/D轉換器，其功能是在程序控制下對感測器模擬信號提取放大，並進行模/數轉換。微處理器負責控制系統各部分器件的工作並對數字信號進行處理。無線發射電路在微處理器的控制下，由編碼器將採集到的信息數據進行相應的編碼和處理，並用發射模塊發射出去。數據接收部分由無線接收電路、微處理器和顯示部分組成，在微處理器控制下接收無線電傳來的數據。當一組格式數據接收完畢后，由接收電路里的解碼器對格式數據進行解碼，獲取環境當前的壓力信息，然後將壓力信息顯示在LED接收面板上。

1 感測器

壓力感測器採用的是帶有感溫二極體的硅壓阻壓力感測器，被封裝在專門製作的金屬外殼中，通過多芯電纜與外圍電路連接。壓力感測器的4個電阻組成橋路，用1 mA恆流源激勵。感溫二極體用來檢測環境溫度，以供給單片機部分溫度參數。

2 程式控制放大器

程式控制放大器由模擬開關、輸入放大器及介面電路組成。其作用是在程序控制下，分時選通壓力信號與溫度信號送入放大器輸入端，與此同時還可以同步選擇出此二路信號相應的增益，經放大器放大後分別輸出A/D轉換器所要求的壓力、溫度電壓信號，以便進行A/D轉換。我們選用的是雙四通道模擬開關，用以選擇壓力、溫度信號。放大器是一個集成單電源儀錶放大器，它能在單電源(3～12 V)下提供滿電源幅度輸出。參考：

我們通常使用的壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的，這樣的感測器也稱為壓電感測器。

我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之後，又會重新回到不帶電的狀態，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研製出了壓力感測器。

壓電感測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，在一定的溫度範圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個範圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由於隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電係數比較低），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係數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體，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。

在現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，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。

壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在迴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，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。

壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測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。壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋樑和建築的振動和衝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。壓電式感測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，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式感測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感測器製成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電感測器的應用就非常廣。參考：

壓力感測器的類型非常多，目前應用比較常見的包括壓阻式壓力感測器和壓電式壓力感測器兩種。

壓阻式壓力感測器

壓阻式壓力感測器的工作原理是當壓敏電阻受壓后產生電阻變化，通過放大器放大並採用標準壓力標定，即可進行壓力檢測。壓阻式壓力感測器的性能主要取決於壓敏元件（即壓敏電阻）、放大電路，以及生產中的標定和老化工藝。

● 應變片

在目前的壓力感測器封裝工藝中，通常可以將壓阻式敏感芯體做得體積小巧、靈敏度高，而且穩定性好，並將壓敏電阻以惠司通電橋形式與應變材料（通常為不鏽鋼）結合在一起，這樣一來，就能確保壓阻式壓力感測器過載能力強和抗衝擊壓力強。

該類感測器適合測量高量程範圍的壓力變化，尤其在1Mpa以上時，線性很好，精度也很高，並適合測量與應變材料兼容的各類介質。

● 陶瓷壓阻

在結構上，該類感測器將壓敏電阻以惠司通電橋形式與陶瓷燒結在一起。其過載能力較應變片類低一些，抗衝擊壓力較差，但靈敏度較高，適合測量50Kpa以上的高量程範圍，而且耐腐蝕，溫度範圍也很寬。

抗腐蝕的陶瓷壓力感測器沒有液體的傳遞，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），由於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，可以和應變式感測器相兼容。

壓電式壓力感測器 壓電式感測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，在一定的溫度範圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個範圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由於隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電係數比較低），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係數，所以已經得到了廣泛的應用。

壓電式壓力感測器

現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，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。

壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電式壓力感測器不能用於靜態測量。

壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。壓電式感測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，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。

參考：

壓力變送器從一般意義上往往指壓力變送器和差壓變送器，主要由測壓元件感測器、測量電路和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉變成標準的電流信號(4~20mADC)，以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀錶進行測量、指示和過程調節。

壓力變送器根據測壓範圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～1.5kPa），負壓變送器三種

壓力變送器的主要作用：把壓力信號傳到電子設備，進而在計算機顯示壓力其原理大致是：

將水壓這種壓力的力學信號 轉變成 電流（4-20mA）這樣的電子信號

壓力和電壓或電流 大小成線性關係，一般是正比關係

所以，變送器輸出的電壓或電流 隨壓力增大而增大

由此得出一個壓力和電壓或電流的關係式

壓力變送器被測介質的兩種壓力通入高、低兩種壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側隔離膜片上，通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。壓力變送器是由測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。當兩側壓力不一致時，致使測量膜片產生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側電容量就不等，通過振蕩和解調環節，轉換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。

A/D轉換器將解調器的電流轉換成數字信號，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進行感測器線性化。重置測量範圍。工程單位換算、阻尼、開放，，感測器微調等運算，以及診斷和數字通信。

本微處理器中有16位元組程序的RAM，並有三個16位計數器，其中之一執行A /D轉換。

D/A轉換器把微處理器來得並經校正過的數字信號微調數據，這些數據可用變送器軟體修改。數據貯存在EEPROM內，即使斷電也保存完整。

數字通信線路為變送器提供一個與外部設備(如205型智能通信器或採用HART協議的控制系統)的連接介面。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數字信號，並通過迴路傳送所需信息。通信的類型為移頻監控FSK技術並依據BeII202標準。

變送器就是將感測器初級的電信號轉換成標準的電信號，例如電流信號4--20mA,0--20mA,電壓信號0--10V,1--5V。

初級的壓力感測器是壓力引起應變產生毫伏信號變化，如果感測器內已經帶有放大整形電路，輸出標準電流或電壓信號，這樣的感測器也可以稱為壓力變送器。參考：