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壓力傳感器的工作原理是什么?具體介紹

時間:2024-11-04 15:24:10來源:21ic電子網(wǎng)

導(dǎo)語:?壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號,或在一段連續(xù)的時間間隔內(nèi),輸出為數(shù)字信號。而通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的,這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

  壓力傳感器的工作原理是基于一個簡單的機(jī)械原理:彈性元件產(chǎn)生的變形會導(dǎo)致電阻、電容或電感的變化,從而實(shí)現(xiàn)電信號的變化。壓力傳感器的彈性元件通常由金屬或聚合物材料制成,可以感覺到外部壓力的變化,然后變形。當(dāng)外部壓力作用于傳感器時,彈性元件會變形并產(chǎn)生相應(yīng)的效果。例如,其電阻值會發(fā)生變化,或其電容和電感量會隨著壓力的變化而成比例變化。

  主要用途:

  1、在工業(yè)自動化領(lǐng)域,壓力傳感器用于測量壓力,計算壓力變化,以調(diào)節(jié)壓力,并輸出壓力變化的數(shù)據(jù),是工業(yè)自動控制、自動測試和智能分析系統(tǒng)的重要組成部分。

  2、壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中也可以作為控制、測量和調(diào)節(jié)參數(shù),用于控制葉片和液壓執(zhí)行器的行程和速度,以及各種類型液壓系統(tǒng)的安全和節(jié)能控制。

  3、壓力傳感器在交通系統(tǒng)中可以作為控制、測量和調(diào)節(jié)參數(shù),以提高交通流量,降低能耗和安全性。

  4、在海洋工程中,壓力傳感器可以測量海洋壓力,以便研究海洋動力學(xué),提高漁業(yè)行業(yè)的安全性和效率。

  5、壓力傳感器在環(huán)境和安全系統(tǒng)中可以作為控制、測量和調(diào)節(jié)參數(shù),用于室內(nèi)和戶外壓力測量,測量空氣污染物和氣象變化,提高環(huán)境安全性和節(jié)能效率。

  基于上述原理,壓力傳感器通常分為電阻、電容和電感三種傳感器。其中,電阻壓力傳感器是最常見的,它利用電阻的變化來檢測壓力。電容壓力傳感器利用電容的變化進(jìn)行檢測,而電感壓力傳感器利用電感的變化進(jìn)行檢測。

  電阻壓力傳感器的工作原理是基于對材料電阻率、溫度和屈服程度的依賴。當(dāng)一種各向同性材料在一定長度的兩端施加力時,它會變形和伸長,但在線性范圍內(nèi)會有穩(wěn)定性。由于其相應(yīng)的材料特性,由于壓力的變化,其電阻值會相應(yīng)地變化。

  電容式壓力傳感器的工作原理不同于電感式壓力傳感器。電容式壓力傳感器利用其感覺區(qū)域電容器的變化進(jìn)行檢測。電感式壓力傳感器利用磁感應(yīng)量的變化進(jìn)行檢測。這兩種傳感器比電阻式壓力傳感器更精確,但由于它們涉及到更多的電路設(shè)計和制造過程,其成本、體積和維護(hù)成本相對較高。

  壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。

  壓力傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、后續(xù)處理部分組成,一般應(yīng)用應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)壓力的測量,應(yīng)變片的制造原理是依據(jù)橋式電路,當(dāng)在橋臂上的電阻滿足這樣的條件:R1R3=R2R4時電橋平衡,則輸出的電壓為零,當(dāng)電阻由變化的時候,電橋不平衡,有一定的電壓輸出??煞譃閱伪垭姌?、雙臂電橋、全臂電橋,其輸出的電壓與電阻的變化量成近似的線性變化。應(yīng)變片是很薄的薄片,上表面鑲嵌兩個有電阻絲制成的電阻,同時下表面也有兩個同樣的電阻,在連接上形成橋式電路,當(dāng)應(yīng)變片上沒有壓力是,說出的電壓為零,當(dāng)有壓力作用時,上邊的電阻變大,下面的電阻變小,電橋不平恒,而且是相同的電阻絲,其電阻的變化量相同,輸出的電壓與電阻的變化量成線性關(guān)系,這樣通過求壓力就可以測量出壓力的大小。除了壓電傳感器之外,還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器,利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等,這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料,在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。

標(biāo)簽: 壓力傳感器

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