常用压力传感器的工作原理介绍图（常用压力传感器的工作原理介绍）

压电压力传感器

压电式压力传感器主要基于压电效应，是一种测量精密仪器，如许多压力变送器和压力传感器，利用电气元件和其他机械将待测压力转换成电量，然后进行相关测量。压电传感器不能用于静态测量，因为外力作用下的电荷只有在回路具有无穷大输入阻抗的情况下才能保留。但事实上并非如此。因此，压电传感器只能用于动态测量。其主要压电材料是磷酸二氢盐、酒石酸钾钠和应时。应时发现压电效应。

当应力变化时，电场变化很小，一些其他的压电晶体会代替应时。酒石酸钾钠的压电系数和压电灵敏度较大，只能在室内湿度和温度较低的地方使用。磷酸二氢铵是一种人工晶体，可以在高湿高温环境下使用，所以应用非常广泛。随着科技的发展，压电效应已经应用到多晶体中。例如，包括压电陶瓷、铌酸镁压电陶瓷、铌酸盐压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷。

基于压电效应的传感器有机电转换传感器和自发电传感器。其敏感元件由压电材料制成，当压电材料受到外力作用时，其表面会形成电荷，经电荷放大器、测量电路、阻抗变换放大后，转换成与外力成正比的电输出。用于测量力和可以转化为力的非电物理量，如：

加速度和压力。它具有重量轻、工作可靠、结构简单、信噪比高、灵敏度高、带宽宽等优点。但它也有一些缺点：有些电压材料是防潮的，需要采取一系列防潮措施，输出电流的响应较差，需要使用电荷放大器或高输入阻抗电路来弥补这一缺点，使仪器更好地工作。

压阻压力传感器

压阻式压力传感器主要基于压阻效应。压阻效应用于描述材料在机械应力下的电阻变化。与上述压电效应不同，压阻效应只产生阻抗变化，不产生电荷。

大多数金属材料和半导体材料都具有压阻效应。其中，半导体材料的压阻效应远大于金属。由于硅是当今主要的集成电路，硅压阻元件的应用变得非常有意义。电阻的变化不仅来自于与应力有关的几何变形，还来自于材料本身与应力有关的电阻，这使得它的度因子比金属大几百倍。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移导致载流子在不同迁移率的导带谷之间重新分布，进而使不同流向的电子迁移率发生变化。其次，它来自于与导带谷形状变化有关的有效质量的变化。在P型硅中，这种现象变得更加复杂，它还会导致等效质量变化和空穴转换。

压阻压力传感器通常通过导线连接到惠斯通电桥。通常，敏感芯没有外压，电桥处于平衡状态(称为零位)。当按下传感器时，芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。如果给电桥施加恒流或恒压电源，电桥会输出与压力对应的电压信号，使传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号并输出。电桥检测到的电阻值变化被放大，然后通过电压-电流转换转换成相应的电流信号。电流信号通过非线性校正回路进行补偿，即产生一个与输入电压线性对应的4 ~ 20 mA的标准输出信号。

为了减小温度变化对磁芯电阻值的影响，提高测量精度，所有压力传感器均采用温度补偿措施，使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持在较高水平。

电容式压力传感器

电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换为电容值变化的压力传感器。通常，这种压力传感器使用圆形金属膜或电镀金属膜作为电容器的一个电极。当薄膜受到压力变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容发生变化，通过测量电路可以输出与电压有一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。

单个电容式压力传感器由一个圆形薄膜和一个固定电极组成。薄膜在压力下变形，从而改变电容器的容量。其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比，与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一类固定电极为凹球面，振膜为周边固定的张力平面。隔膜可以由镀塑料的金属层制成。这种类型适用于测量低电压，过载能力高。具有活塞移动极的隔膜也可以用于制造用于测量高电压的单个电容式压力传感器。这种类型可以减少振膜的直接压缩面积，从而可以使用更薄的振膜来提高灵敏度。还封装了各种补偿保护部门和放大电路，提高抗干扰能力。这种传感器适用于测量飞机的动态高压和遥测。单电容式压力传感器包括麦克风型(传声器型)和听诊器型。

差压传感器的压力膜片电极位于两个固定电极之间，形成两个电容。在压力的作用下，一个电容的容量增大，另一个电容的容量相应减小，测量结果由差动电路输出。它的固定电极是在凹面玻璃表面镀一层金属制成的。当过载发生时，凹面保护隔膜不破裂。差压传感器比单个电容具有更高的灵敏度和更好的线性度，但加工难度大(特别是要保证对称性)，不能隔离被测气体或液体，因此不适合在腐蚀性或杂质流体中工作。

电磁压力传感器

各种利用电磁原理的传感器统称，主要包括电感式压力传感器、霍尔压力传感器、涡流压力传感器等。

感应压力传感器

电感式压力传感器的工作原理是，由于磁性材料和磁导率的差异，当压力作用在膜片上时，气隙发生变化，气隙的变化影响线圈电感的变化。处理电路可以将电感的变化转换成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。这种压力传感器根据磁路的变化可分为变磁阻式和变磁导率式两种。电感式压力传感器具有灵敏度高、测量范围宽的优点。缺点是不能应用于高频动态环境。

变磁阻压力传感器的主要部件是铁芯和膜片。它们之间的气隙形成磁路。有压力时，气隙发生变化，即磁阻发生变化。如果在铁芯线圈上施加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测得压力。

当磁通密度较高时，铁磁材料的磁导率不稳定，可以用变磁导率压力传感器来测量。变磁导率压力传感器用可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生变化，从而得到压力值。

霍尔压力传感器

霍尔压力传感器是基于一些半导体材料的霍尔效应。霍尔效应是指将固体导体置于磁场中，有电流流过时，导体中的电荷载流子被洛伦兹力偏压向一侧，进而产生电压(霍尔电压)的现象。电压引起的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性，可以确认导体内部的电流是由带负电的粒子(自由电子)的运动引起的。

当对导体施加垂直于电流方向的磁场时，导体中的电子会被洛伦兹力聚集，从而产生电子聚集方向的电场。这个电场会使后面的电子受到电功率，平衡磁场引起的洛伦兹力，使后面的电子能够顺利通过，不会发生偏移，这就是所谓的霍尔效应。产生的内置电压称为霍尔电压。

当磁场为交变磁场时，霍尔电动势也是同频率的交变电动势，霍尔电动势建立的时间极短，因此其响应频率高。理想霍尔元件的材料需要高电阻率和载流子迁移率，以便获得大的霍尔电动势。常用霍尔元件的材料多为半导体，包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)和多层半导体结构材料。N型硅的霍尔系数、温度稳定性、线性度都很好，砷化镓温漂小，所以目前使用。

涡流压力传感器

基于涡流效应的压力传感器。涡流效应是由运动磁场与金属导体相交，或运动金属导体与磁场垂直相交而产生的。简而言之，就是电磁感应效应造成的。这个动作在导体中产生电流。

涡流特性使得涡流检测具有零频响，因此涡流压力传感器可用于静态力检测。

振动弦压力传感器

振动式压力传感器属于频率敏感型传感器，这种频率测量具有较高的精度，因为时间和频率是可以精确测量的物理参数，频率信号在传输过程中可以忽略电缆电阻、电感、电容等因素的影响。同时，振弦式压力传感器抗干扰能力强，零点漂移小，温度特性好，结构简单，分辨率高，性能稳定，数据传输、处理和存储方便，易于实现仪器数字化。因此，振弦式压力传感器也可以作为传感技术的发展方向之一。

振动式压力传感器的敏感元件是张紧的钢弦，敏感元件的固有频率与张力有关。弦的长度是固定的，弦振动频率的变化可以用来测量张力，即输入是力信号，输出是频率信号。振动式压力传感器分为上下两部分，下部分主要是敏感元件的组合。上部为铝制外壳，内含电子模块和接线端子。它被放置在两个小室中，这样在布线时不会影响电子模块室的密封性。

振动压力传感器可选择电流输出型和频率输出型。振弦压力传感器处于工作模式，振弦以其共振频率持续振动。当被测压力发生变化时，频率也会发生变化，这个频率信号可以通过转换器转换成4~20mA的电流信号。编辑：CC