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(shù)規(guī)格書：

傳感器技術(shù)是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。其種類也非常多，從1883年第One臺傳感器被發(fā)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(yè)實踐中最為常用的一種傳感器。

01壓力傳感器簡介

信息社會里，人們?yōu)榱舜龠M(jìn)社會生產(chǎn)力的向前發(fā)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(huán)境下的高可靠、高精度壓力監(jiān)測控制，其關(guān)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(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。

傳統(tǒng)的壓力傳感器以機械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出，所以被最常應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器也應(yīng)運而生，其特點是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。

隨著科技的發(fā)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(dāng)今世界各國壓力傳感器的研究領(lǐng)域十分廣泛，幾乎滲透到了各行各業(yè)，它的應(yīng)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(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分成不同種類。本文介紹一下最為常見的五種壓力傳感器：
1、壓阻式力傳感器

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。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)。
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(tài)（稱為零位），當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶狻Ｈ艚o電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng)的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經(jīng)過放大后，再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號，該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補償，即產(chǎn)生了與輸入電壓成線性對應(yīng)關(guān)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(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

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。

擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(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。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。
4、藍(lán)寶石壓力傳感器

利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)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(lán)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(lán)寶石的抗輻射特性極強;另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)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(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，那么何為壓電效應(yīng)呢？壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)解釋為：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。逆壓電效應(yīng)解釋為：當(dāng)作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失。

壓電壓力傳感器就是當(dāng)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(zhuǎn)換為與受外力正比關(guān)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(yīng)用在動態(tài)測量中。

03壓力傳感器的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成

傳感器創(chuàng)業(yè)鏈大致可分為研究與開發(fā)→設(shè)計→制造→封裝→測試→應(yīng)用等環(huán)節(jié)。壓力傳感器的上游原材料主要有敏感元件、轉(zhuǎn)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(chǎn)、家電等領(lǐng)域。

總  結(jié)

壓力傳感器作為傳感器中的元老，有著非常廣泛的應(yīng)用市場和相對完善的技術(shù)經(jīng)驗積累。壓力傳感器只是傳感器中的一種，隨著萬物互聯(lián)的不斷構(gòu)建，整個傳感器行業(yè)在未來的應(yīng)用場景都有著非常大的想象空間。