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技術專欄

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壓力傳感器的原理

　　在了解壓阻式力傳感器時，我們*先認識一下電阻應變片這種元件。
　　電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。
　　電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。
　　通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。
　　這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執(zhí)行機構。
　　金屬電阻應變片的內部結構
　　電阻應變片由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。
　　根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：
　　阻值太小，所需的驅動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調零電路過于復雜。
　　而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
　　電阻應變片的工作原理
　　金屬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(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：
　　式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·cm2/m）
　　S——導體的截面積（cm2）
　　L——導體的長度（m）
　　我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時；
　　其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變；
　　假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。
　　當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。
　　只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。
　　陶瓷壓力傳感器原理及應用
　　抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(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（閉橋）；
　　由于壓敏電阻的壓阻效應，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，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。
　　通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質直接接觸。
　　陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。
　　陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。
　　電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。
　　高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全方面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。
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