感知物理世界的條件和變化是電氣工程的基本任務(wù)之一。在本文中，我們將了解壓力傳感器，它可以感知壓力并將其轉(zhuǎn)換為電能。

什么是壓力傳感器？

那么， 除了上面給出的一句話解釋之外，什么是壓力傳感器呢？要回答這個(gè)問題，我們要分成兩部分。首先，什么是壓力？其次，什么是傳感器？

什么是壓強(qiáng)？

在本文中，壓強(qiáng)是在垂直于物體表面的方向上施加在物體上的每單位面積的力的大小。該力通常與流體（即液體或氣體）相關(guān)。絕對壓強(qiáng)測量使用理論零壓力作為參考點(diǎn)，表壓測量使用大氣壓力作為參考點(diǎn)。

絕對壓力和表壓之間的區(qū)別是一個(gè)重要的提醒，即人類感覺的零壓力根本不是零壓力。我們一直生活在大氣壓力下，每平方英寸施加約 14.7 磅 (14.7 psi) 的力。如果從出生到死亡生活在 14.7 psi 的壓力，那么生活在 0 psi 的環(huán)境中會(huì)更糟糕——真正的零壓力是真空，會(huì)導(dǎo)致快速死亡。

什么是傳感器？

術(shù)語“傳感器"和“變送器"經(jīng)常互換使用。這并不奇怪，因?yàn)樵S多傳感器設(shè)備也是變送器，并且許多變送器（包括我們今天要討論的傳感器）也是傳感器。然而，這些詞本身就表明了細(xì)微的差別。

傳感器感測（如檢測或測量）物理量并將此信息提供給用戶。例如，水銀溫度計(jì)是一種傳感器，它允許熱量作用于物質(zhì)，以便人類可以輕松測量溫度。

傳感器不僅僅測量數(shù)量，它們還將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。在大多數(shù)情況下，“輸入"能量或“輸出"能量都采用電信號的形式。麥克風(fēng)是一種換能器，因?yàn)樗鼘⒙暡芰哭D(zhuǎn)換為電壓信號。如今，傳感器產(chǎn)生的信號通常由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，以便可以使用數(shù)字電路處理和分析信息。

數(shù)十年的創(chuàng)新催生了一系列令人印象深刻的傳感器，旨在將加速度、溫度、磁場強(qiáng)度、光強(qiáng)度和其他物理量轉(zhuǎn)換為電信號。即使我們只考慮壓力傳感器，也有多種類型。這些包括：

①電容式

②感應(yīng)式

③電阻性

④壓電式

電容式和電感式壓力傳感器

電容器是無源器件，因此它不能產(chǎn)生信號。然而，電容器可以集成到供電電路中，電容的變化將導(dǎo)致信號變化。

平行板電容器的電容由以下公式確定：

板的面積

板之間的距離

板之間絕緣材料的介電常數(shù)

電容式壓力傳感器將平行板電容器與隔膜結(jié)合在一起，當(dāng)壓力變化時(shí)，隔膜之間的距離會(huì)發(fā)生變化。

類似的設(shè)計(jì)原理可以應(yīng)用于電感器件。在感應(yīng)壓力傳感器中，壓力變化會(huì)改變鐵磁芯的位置，從而產(chǎn)生信號變化。

電阻式壓力傳感器

我們將討論三種使用電阻測量壓力的傳感器：

1.應(yīng)變計(jì)。

2.壓阻式壓力傳感器。

3.電位壓力傳感器。

從技術(shù)上講，最后兩類是包含傳感器和附加電路的傳感器。然而，將設(shè)備作為一個(gè)整體來考慮更有用，而“包含傳感器的壓阻（或電位）壓力傳感器"有點(diǎn)拗口。

應(yīng)變計(jì)

顧名思義，應(yīng)變儀測量應(yīng)變，應(yīng)變定義為施加力方向上的物理變形。應(yīng)變計(jì)中的導(dǎo)電物體會(huì)因變形而發(fā)生電阻變化。由于應(yīng)變是由力產(chǎn)生的，而壓力是單位面積上的力，因此應(yīng)變計(jì)技術(shù)可以成為壓力傳感器的基礎(chǔ)。

雖然應(yīng)變計(jì)本身在技術(shù)上構(gòu)成了傳感器，但大多數(shù)時(shí)候該技術(shù)與將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號的電路相結(jié)合。

壓阻式和電位式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器在操作上與應(yīng)變計(jì)相似，但在結(jié)構(gòu)上有些不同。它們具有高性能和低成本，被廣泛使用。

另一種基于電阻的壓力測量方法涉及配備有壓力敏感元件的電位計(jì)，該元件會(huì)導(dǎo)致電位計(jì)的游標(biāo)移動(dòng)。與應(yīng)變計(jì)一樣，可以通過外部電路測量電阻的變化并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號。

壓電壓力傳感器

壓電材料，例如電子振蕩器中使用的石英晶體，會(huì)因機(jī)械應(yīng)力而產(chǎn)生電荷變化。機(jī)械應(yīng)力又是由施加的力產(chǎn)生的。由于力和電荷之間的這種關(guān)系，可以在壓電元件和隔膜周圍構(gòu)建壓力傳感器。壓電壓力傳感器往往堅(jiān)固耐用且響應(yīng)速度快。