冷熱沖擊試驗箱傳感器的元老---壓力傳感器

冷熱沖擊試驗箱技術規格書：

傳感器技術是當代科學技術發展的一個重要標志。其種類也非常多，從1883年第One臺傳感器被發明，到如今，傳感器的種類已是成千上萬。在眾多的傳感器中，壓力傳感器是工業實踐中為常用的一種傳感器。

01壓力傳感器簡介

信息社會里，人們為了促進社會生產力的向前發展，需要用傳感器來檢測許多非電量信息，如壓力、流量等等。從氣壓計等簡單的指示測量到航空航天等特殊條件和環境下的高可靠、高精度壓力監測控制，其關鍵部件的壓力傳感器起決定性作用。

壓力傳感器(Pressure Transducer)通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成，是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。

傳統的壓力傳感器以機械結構型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結構尺寸大、質量重，不能提供電學輸出，所以被常應用在工業領域中。隨著半導體技術的發展，半導體壓力傳感器也應運而生，其特點是體積小、質量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術的發展，半導體傳感器向著微型化發展，而且其功耗小、可靠性高。

隨著科技的發展對壓力傳感器的要求一直在變化，壓力傳感器也不斷的在順勢更迭，當今世界各國壓力傳感器的研究領域十分廣泛，幾乎滲透到了各行各業，它的應用前景非常的廣泛。

02壓力傳感器的種類以及原理

壓力傳感器的種類很多，根據不同的分類標準可以分成不同種類。本文介紹一下為常見的五種壓力傳感器：
1、壓阻式力傳感器

電阻應變片是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。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。
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（稱為零位），當傳感器受壓后芯片電阻發生變化，電橋將失去平衡。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋將輸出與壓力對應的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經過放大后，再經過電壓電流的轉換，變換成相應的電流信號，該電流信號通過非線性校正環路的補償，即產生了與輸入電壓成線性對應關系的輸出信號。

2、陶瓷壓力傳感器

陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應，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，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2.0/3.0/3.3mV/v ,等，可以和應變式傳感器相兼容。
3、擴散硅壓力傳感器

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制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉換成標準的電信號對外輸出。

擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應，利用壓阻效應原理，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，利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。廣泛應用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業過程現場測量和控制。
4、藍寶石壓力傳感器

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。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*;另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移。
5、壓電式壓力傳感器

它的敏感元件是用壓電材料制作而成的。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，那么何為壓電效應呢？壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應。正壓電效應解釋為：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。逆壓電效應解釋為：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。

壓電壓力傳感器就是當壓電材料受到外力作用時表面形成電荷，電荷通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗之后，就會被轉換為與受外力正比關系的電量輸出。從中可以知道必須外力作用下，壓電壓力傳感器才能工作，所以它也只能應用在動態測量中。

03壓力傳感器的產業鏈構成

傳感器創業鏈大致可分為研究與開發→設計→制造→封裝→測試→應用等環節。壓力傳感器的上游原材料主要有敏感元件、轉換元件等電子元件，其下游主要是電子通信、航空、汽車、自控生產、家電等領域。

總  結

壓力傳感器作為傳感器中的元老，有著非常廣泛的應用市場和相對完善的技術經驗積累。壓力傳感器只是傳感器中的一種，隨著萬物互聯的不斷構建，整個傳感器行業在未來的應用場景都有著非常大的想象空間。