概覽 本文提供的信息有助于您了解基本的壓力概念以及壓力傳感器的工作原理。 您可以選擇各種傳感器，每種傳感器的工作原理、優(yōu)勢(shì)、注意事項(xiàng)和缺點(diǎn)各不相同。 除了傳感器特性外，必須考慮所需的硬件，以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)理和采集壓力測(cè)量數(shù)據(jù)。 例如，未經(jīng)調(diào)理的壓力傳感器需要電壓激勵(lì)，這個(gè)功能只有在某些測(cè)量硬件才可用。 如果要進(jìn)一步了解壓力測(cè)量所需的測(cè)量硬件，請(qǐng)下載。 1. 什么是壓強(qiáng)？ 壓強(qiáng)定義為流體對(duì)其周?chē)繂挝幻娣e施加的力。 壓強(qiáng)P是力F和面積A的函數(shù)： P = F/A 壓強(qiáng)的SI單位是帕斯卡(N/m2)，但其他常用的壓強(qiáng)單位包括磅/每平方英寸(psi)、大氣壓(atm)、bar、英寸汞柱(in. Hg)、毫米汞柱(mm Hg)和托。 壓強(qiáng)測(cè)量可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。 沒(méi)有運(yùn)動(dòng)時(shí)的壓強(qiáng)即為靜態(tài)壓強(qiáng)。 靜態(tài)壓強(qiáng)的例子包括氣球內(nèi)的壓強(qiáng)或水盆內(nèi)水壓。 通常，流體的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變其施加給周?chē)牧Α?例如，假設(shè)噴頭關(guān)閉時(shí)軟管中的水壓為40磅每平方英寸（每單位面積的力）。 打開(kāi)噴頭，壓強(qiáng)就會(huì)隨水噴出來(lái)而降低。 全面的壓力測(cè)量必須考慮其所處的環(huán)境。 許多因素，包括流體、流體的壓縮性和外力都會(huì)影響壓強(qiáng)。 圖1. 不同測(cè)量方法的壓力傳感器原理圖 2. 壓力測(cè)量方法 壓力測(cè)量還可以通過(guò)所執(zhí)行的測(cè)量類(lèi)型進(jìn)行描述。 測(cè)量壓力有三種方法：絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓、壓差。 絕對(duì)壓強(qiáng)是指真空條件下的壓強(qiáng)，而表壓和壓差指的是另一種壓強(qiáng)，比如環(huán)境大氣壓或相鄰容器的壓強(qiáng)。 絕對(duì)壓強(qiáng) 絕對(duì)壓強(qiáng)測(cè)量方法是相對(duì)于0 Pa時(shí)真空下的靜態(tài)壓強(qiáng)。 所測(cè)量的壓強(qiáng)等于待測(cè)壓強(qiáng)加上大氣壓。 因此，絕對(duì)壓強(qiáng)測(cè)量需要考慮大氣壓的影響。 這種類(lèi)型的測(cè)量非常適合使用高度計(jì)測(cè)量的大氣壓或真空壓強(qiáng)。 通常，通常使用字母縮寫(xiě)Paa（帕斯卡絕對(duì)壓強(qiáng)）或psia（磅每平方英寸絕對(duì)）來(lái)描述絕對(duì)壓強(qiáng)。 表壓 表壓是指相對(duì)于環(huán)境大氣壓的壓強(qiáng)。 這意味著，基準(zhǔn)壓強(qiáng)和待測(cè)壓強(qiáng)都會(huì)受到大氣壓的影響。 因此，表壓測(cè)量排除了大氣壓的影響。 這些類(lèi)型的測(cè)量包括輪胎壓強(qiáng)和血壓測(cè)量。 類(lèi)似于絕對(duì)壓強(qiáng)，表壓通常使用字母縮寫(xiě)Pag（帕斯卡表壓）或psig（磅每平方英寸表壓）來(lái)描述。 壓差 壓差類(lèi)似于表壓；不同的是，基準(zhǔn)壓強(qiáng)是系統(tǒng)的另一個(gè)壓強(qiáng)點(diǎn)，而不是環(huán)境大氣壓。 您可以使用這種方法來(lái)維持兩個(gè)容器之間的相對(duì)壓強(qiáng)，如壓縮機(jī)油箱和相關(guān)饋電線之間的相對(duì)壓強(qiáng)。 我們通常使用字母縮寫(xiě)Pad （帕斯卡壓差）或PSID（磅每平方英寸壓差）來(lái)描述壓差。 3. 壓強(qiáng)傳感器的工作原理 不同的測(cè)量條件、范圍以及傳感器結(jié)構(gòu)使用的材料都會(huì)導(dǎo)致不同的壓強(qiáng)傳感器設(shè)計(jì)。 通常可以通過(guò)檢測(cè)膜片與流體線的偏轉(zhuǎn)量將壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為某種中間形式的量，比如位移。 然后傳感器將位移轉(zhuǎn)換成電輸出，比如電壓或電流。 由于薄膜的面積已知，我們就可以計(jì)算出壓強(qiáng)。 壓強(qiáng)傳感器內(nèi)包含了一個(gè)換算器，可將壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換為工程單位。 三種最常用的壓強(qiáng)傳感器類(lèi)型是橋式傳感器（基于應(yīng)變計(jì)）、電容式傳感器、壓電式傳感器。 橋式 在所有壓強(qiáng)傳感器中，惠斯登電橋（基于應(yīng)變）傳感器是最常見(jiàn)的一種，因?yàn)樗鼈兲峁┑慕鉀Q方案能夠滿足不同的精度、尺寸、堅(jiān)固性和成本需求。 橋式傳感器可以測(cè)量高壓和低壓應(yīng)用的絕對(duì)壓強(qiáng)、表壓或壓差。 這類(lèi)傳感器使用應(yīng)變計(jì)來(lái)檢測(cè)膜片由于承受所施加的壓力而發(fā)生的形變。 圖2. 典型橋式壓強(qiáng)傳感器的截面[1] 當(dāng)壓力的變化引起膜片偏轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)變計(jì)的電阻會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，這個(gè)變化可以使用經(jīng)調(diào)理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。 您可以將箔式應(yīng)變計(jì)直接綁到膜片上或者與膜片直接機(jī)械連接的元件上。 有時(shí)也會(huì)使用硅應(yīng)變計(jì)。 硅應(yīng)變計(jì)是將電阻貼在硅基襯底，然后使用傳輸流體將膜片的壓力傳送到襯底。 電容式壓力傳感器 可變電容壓力傳感器可測(cè)量金屬薄膜和固定金屬板之間的電容變化。 如果兩塊金屬板由于施加的壓力而導(dǎo)致距離發(fā)生變化，則兩塊金屬板之間的電容也會(huì)隨之發(fā)生變化。 圖3. 電容式壓力傳感器[2] 壓電式壓力傳感器 壓電傳感器基于石英晶體的電性能，而不是電阻橋傳感器的電性能。 這些晶體在受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷。 電極會(huì)將電荷從晶體傳送到傳感器內(nèi)置的放大器。 這些傳感器不需要外部激勵(lì)源，但非常易于受到?jīng)_擊和振動(dòng)的影響。 圖4. 壓電式壓力傳感器[2] 經(jīng)調(diào)理的壓力傳感器 包含集成電路（比如放大器）的傳感器稱(chēng)為放大傳感器。 這類(lèi)傳感器包括橋式、電容式或壓電式傳感器。 對(duì)于橋式放大傳感器，傳感器本身提供了使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備直接測(cè)量壓力所需的補(bǔ)全電阻器和放大電路。 雖然仍必須提供激勵(lì)，但激勵(lì)的精度并沒(méi)有那么重要。 光學(xué)壓力傳感器 使用光學(xué)感測(cè)的壓力測(cè)量有很多好處，包括抗噪性和隔離。 閱讀，了解更多關(guān)于此測(cè)量方法的信息。 4. 如何選擇合適的壓力傳感器 橋式或壓阻傳感器由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和耐久性而成為最常用的傳感器。 這意味著這類(lèi)傳感器的成本更低，非常適用于高通道系統(tǒng)。 一般情況，箔式應(yīng)變計(jì)通常用于高壓（高達(dá)700M Pa）應(yīng)用。 這類(lèi)傳感器的工作溫度比硅應(yīng)變計(jì)更高（分別是200℃和100℃），但硅應(yīng)變計(jì)具有更高的超負(fù)荷能力。 由于硅應(yīng)變計(jì)的靈敏度更高，因此也通常在低壓(~2k Pa)應(yīng)用中使用。 電容和壓電式壓力傳感器通常較為穩(wěn)定，線性度較好，但它們對(duì)高溫非常敏感，其安裝也比大部分壓力傳感器更為復(fù)雜。 壓電式傳感器可快速響應(yīng)壓力的變化。 因此，這類(lèi)傳感器通常用于快速測(cè)量爆炸等事件的壓力。 由于其出色的動(dòng)態(tài)性能，壓電式傳感器的成本是最高的，而且其晶核非常靈敏，需要小心保護(hù)。 調(diào)理傳感器通常更昂貴，因?yàn)樗鼈儼糜跒V波和信號(hào)放大的組件、激勵(lì)導(dǎo)線和用于測(cè)量的常規(guī)電路元件。 這適用于不具有專(zhuān)用信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)的低通道系統(tǒng)。 由于調(diào)理功能是內(nèi)置的，只要以某種方式為傳感器提供電源，就可以直接將傳感器連接到DAQ設(shè)備。 如果使用的是未經(jīng)調(diào)理的橋式壓力傳感器，則硬件需要信號(hào)調(diào)理。 查看傳感器文檔，確定您是否需要額外的放大或?yàn)V波組件。