壓阻效應和測量壓力

帕特里克·尼登菲爾（PatrickNiedenführ），2019年2月

如今，創新的傳感器技術可為您完成每項測量任務提供合適的壓力傳感器。您不僅可以在使用不同參考值的相對壓力傳感器，絕對壓力傳感器和差壓傳感器之間進行選擇，而且現代壓力傳感器還可以讓您根據不同的物理效果在不同的測量原理之間進行選擇。壓電和壓阻效應主要用于現代壓力傳感器中。

 

在此博客文章中，我們將仔細研究壓阻差壓傳感器的特殊性能和實用優勢。

首先–壓阻差壓傳感器實際如何工作？

與相對壓力傳感器和絕對壓力傳感器不同，差壓傳感器測量任意兩個壓力之間的差。壓差傳感器具有兩個單獨的壓力接口（軟管，螺紋或歧管）。并且-根據校準，它可以測量正壓差（p1> p2）和負壓差（p1 <p2）。

 

壓阻效應

基于硅的壓阻（基于膜片）壓差傳感器又由薄的硅膜片組成，在該膜片中嵌入了惠斯通電橋形式的電阻器。如果存在壓力差，則隔膜會穿過，并且電阻會變形。在測量電橋中連接在一起的電阻會對這種失真產生反應，從而產生壓阻效應。這改變了電阻器的電阻和電壓。最后，觸發一個與壓力成比例的測量信號。

基于膜片的傳感器技術令人興奮的方面：

?即使最小的壓力負載和壓力變化，硅膜片半導體中的電阻也會非常敏感地做出反應。這使得壓阻差壓傳感器非常精確，并且測量范圍僅為幾毫巴。

?硅具有單晶結構，這意味著隔膜在拉伸后始終返回其原始狀態而不會變形。

 

膜片式傳感器技術的令人興奮的方面

壓阻差壓傳感器的基本設計

比較：壓阻壓力傳感器如何測量？

壓阻式壓差傳感器的替代產品是壓電壓力傳感器。與基于膜片的傳感器不同，壓電壓力傳感器由晶體盤組成。在壓力下，電荷分離會在晶體中產生成比例的電壓-“壓電效應”。電荷放大器輸出電壓差，數字電路將其轉換為壓力的物理值。

 

比較時，壓阻傳感器和壓電傳感器均具有優勢。確定使用哪種測量原理僅取決于相關應用。例如，壓電傳感器可以很好地承受高溫和高動態壓力過程，而基于膜片的差壓傳感器尤其具有極高的測量精度和靈敏度。

 

膜基壓差傳感器

First Sensor的基于膜片的壓差傳感器的示意圖

 

使用壓阻差壓傳感器的主要優點：

+很小的尺寸

+極其精確的測量

+出色的靈敏度

+甚至可以測量最小的壓差

+大測量范圍：1 mbar（100 Pa）至10 bar

+幾乎沒有任何材料疲勞或滯后

+極好的抗超壓性

+模擬和數字接口

+高度線性的信號壓力特性曲線（無氣流）

新增：用于歧管安裝的壓阻式低差壓傳感器

First Sensor在新型微型歧管設計中提供了基于隔膜的低差壓傳感器。很小的扁平傳感器覆蓋1 mbar至7 bar的測量范圍，是節省空間安裝在歧管中的理想選擇。壓阻傳感器具有數字信號調理，SPI接口和模擬輸出信號，使其非常適合移動或便攜式設備中的電池供電應用。

 

在此處閱讀有關First Sensor基于膜片的微型傳感器的更多信息。

 

特征：

 

?適合安裝在歧管中

?表面積8 x 13毫米，高度<7毫米

?高精度和長期穩定性

?壓力范圍為1 mbar至7 bar

?校準和溫度補償（0–70°C）

?3.3 V或5 V電源

?15位分辨率的SPI接口

 

要求：

 

?歧管兼容壓力口

?集成塊外殼

?直連，以便可以用O形圈密封安裝點

應用：

建議何時使用基于隔膜的壓差傳感器？

當壓力測量需要高度靈敏，高精確度時