第一篇：壓力傳感器總結報告

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汽車壓力傳感器檢測系統研究報告

本系統是根據用戶技術要求，針對TMAP傳感器進行批量生產時出廠檢驗和試驗室性能測試。本檢測臺可同時進行12個傳感器的檢驗，并自動對每個被檢測傳感器進行合格判定。

一． 設計依據

用戶提出的技術要求

二． 功能描述

檢測臺專用于生產廠家壓力傳感器器的自動檢驗。可同時進行12只傳感器的5點壓力校驗。

計算機精確控制測試回路壓力處于依次升高的5個壓力點（5個壓力點的壓力值由用戶依據不同產品型號事先設定），并通過高精度標準壓力傳感器測得每個壓力點的實際壓力值測傳感器的輸出電壓V1，V2，……V12。

計算機根據該型號傳感器的理想特性線與的理論標準輸出電壓值

P標準，同時采集12個被

P標準計算被測傳感器

V標準，同時計算12個傳感器的當前輸出電壓V1，V2，……V12與V標準的差值?V1，?V2，……?V12，與設定的允許誤差范圍紅色顯示。

1－10 ?V允許比較，并自動合格判斷，不合格參數高亮或中國計量學院精密測控研究所 電話0571－86914563

以上12個傳感器的所有測試數據均由計算機軟件界面通過數據表格列表顯示。

用戶通過軟件預先設定對應于某型號傳感器的5點壓力值與輸出電壓，計算機軟件根據設定自動確定理想特性線，并與傳感器型號綁定保存，測試時用戶只需從列表中選擇被測傳感器型號即可。

傳感器輸出信號的允許公差范圍可由用戶設定，并顯示于軟件主界面上，對每個傳感器進行合格判斷時依據此參數。

三． 主要配置與技術指標

1、真空泵：RS-1A型 / 排量1L/min

2、氣 泵：WY5.2-A型 / 排量13L/min / 105W

3、真空比例閥：日本CKD EV2100V /0～-101.3 KPa

4、氣壓比例閥：日本SMC ITV1090/0-600KPa，雙閥控制

5、電磁閥：日本CKD品牌，壓力范圍(0～1.0)MPa

6、標準壓力測量：MPM281型/(0～600)kPa 絕壓/0.05級精度

7、測試壓力顯示：檢測臺面板數字顯示，顯示精度1KPa；

8、測試端口壓力輸出：控制范圍0-600KPa絕壓，控制精度±2.5Kpa，壓力穩定度±0.5KPa；

9、壓力輸出端口數量：12個，預留2個

10、可調穩壓電源：電壓0-30V可調，最大電流3A；工作電壓檢測臺面板數字顯示，顯示精度：0.01V。

11、數據采集：臺灣研華16位（精度1/65525）采集卡，最高

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采樣率100K，16個模擬輸入端口，16路I/O輸入，16路I/O輸出。

12、計算機系統：P4 2.8G/2G內存/250G硬盤，配17寸液晶顯示器，惠普/佳能彩色噴墨打印機

13、軟件基本要求：界面美觀、方便操作；被測12個傳感器依據用戶需求表格顯示，傳感器電壓顯示精度：0.001V；具有數據打印和自動存儲功能；能夠進行靈活的參數設置與顯示，參數設置界面輸入密碼才能進入。

四． 系統特點

1． 獨立操作控制臺，配液晶顯示、彩色打印機，實現控制、參數設置、結果顯示，并數據保存、查詢、打印； 2． 設計有12個壓力端口，可同時進行12個產品的測試。3． 系統由計算機控制，絕大部分測試工作，可根據設置好的參數自動完成。

4． 用VC++編寫的軟件功能強大，使用方便，參數設置靈活，測試曲線計算機自動實時顯示。

5． 采取比例閥+反饋控制，實現壓力控制的精度與穩定性。6． 檢測臺配啟動、停止按鈕，實現測試流程一鍵開始與一鍵停止功能。

五． 測試原理與方法

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1.軟件主界面與操作步驟：

測試過程計算機實時進行高速數據采集，實時控制并顯示測試數據與曲線。軟件界面友好，參數可靈活設置。

圖1 軟件主界面示意圖（參考）

此測試界面只作為參考界面設計過程中可根據實際檢測內容進行更改

軟件界面上根據產品型號自動顯示電壓—壓力計算公式：Vout=Vcc ×(0.009P —0.095)；傳感器測試臺在實際量產時的測試基本不需要人為干預，完全按照軟件設定的參數進行自動檢測。具體實現步驟如下：

1． 首先需要對軟件進行參數設置，比如選擇型號、設定其對應的標準輸出、允許范圍等參數后，使用軟件的[開始]按鈕或操作臺的開始按鈕后系統開始運行。

2． 計算機系統自動控制打開真空泵或氣泵及相應的電磁閥，通過比例控制器將壓力控制在壓力點一：15kPa（此壓力可根據不同產品型

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號而設定），穩壓一定時間后，采集第一組數據并顯示在軟件上，并且自動計算各個被測傳感器誤差。（氣壓轉換穩定時間約5S，高壓力點下穩定時間會增加2-3S。）

3． 測試完第一壓力點后，計算機系統通過控制器自動將壓力控制在第二壓力點45kPa（此壓力可根據不同產品型號而設定），穩壓一定時間后，采集第一組數據并顯示在軟件上，并且自動計算各個被測傳感器誤差。

4． 同樣的方法與步驟測試第三、四、五壓力點。

5． 數據測試結束后，系統根據軟件設定好的最大允許誤差自動判定產品是否合格并顯示在軟件上（底色加亮或紅色顯示）。并根據此次測試結果對測試總數、不合格數及合格率自動計算并調整。

完成本次測試時，面板報警組件會依據合格與否進行指示，不合格會蜂鳴報警。2.測試參數設置：

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圖2.參數設置界面示意圖

菜單欄上點擊“參數設置”按鈕，輸入密碼，進入上述參數界面，界面①區當中顯示當前壓力傳感器型號的參數值，若要選其他壓力傳感器的型號，可在界面②的列表區當中選擇。若要添加一種新的電磁閥型號，按添加按鈕，彈出對話框，輸入這種型號的電磁閥的需要輸入的參數（型號、誤差、壓力、誤差）。若要刪除某種傳感器型號，在“傳感器型號列表”選擇某種傳感器型號，按刪除按鈕。若要修改某種傳感器型號的參數，在“傳感器型號列表”中選擇某種傳感器型號，點擊配置參數，彈出對話框，輸入這種型號的電磁閥的需要修改的參數（型號、誤差、壓力、誤差）。其中某種型號壓力、電壓值的輸入后，軟件可自動根據輸入點的參數，算出這種型號的壓力傳感器的線性參數，為壓力傳感器的測量提供依據。

3.雙壓力源設計：

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被測傳感器品種多，工作壓力范圍覆蓋絕壓0~600KPa)，因此壓力源設計為雙壓力源，包括氣壓與真空各一套壓力發生與調節裝置。

正壓發生裝置包括小型低噪音氣泵與電氣比例閥，真空發生裝置為真空泵與真空比例閥。正壓與負壓共用一壓力罐，兩種壓力源之間通過電磁閥由計算機控制自動切換。

雙比例閥設計可使得正壓與真空源各自獨立控制，控制精度更高。

正壓自動壓力發生裝置主要分為兩個部分，即壓力發生部件和壓力測量部件。其中壓力發生采用外置氣源（如氮氣瓶或小型氣泵等）和真空泵。而壓力測量部件主要采用高精度壓力傳感器對管路壓力進行測量，并將測試結果顯示在儀表上（或發送至計算機）。4.測試壓力的精確控制：

系統真空壓力與正壓壓力控制采用真空比例閥+電氣比例閥+高精度傳感器的設計方案，實現測試壓力的反饋控制。控制系統根據根據高精度壓力傳感器測量值與壓力設定值相比較，控制調節進氣閥和排氣閥的動作，從而使測試壓力得到精確控制。

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圖3 比例閥反饋控制示意圖

六． 檢測臺架構：

1． 控制柜

臺架用鋁型材配以噴塑面板，構成獨立控制柜：內置工控機、液晶顯示器與數據采集與控制系統，顯示面板布置有電壓、電流顯示，測試壓力顯示，報警組件等。(測試氣壓、供電電壓、供電電流均可在測試臺面板上以數顯方式顯示，輸出電壓值計算機軟件界面以數字方式顯示。)

圖4 檢測臺外形圖

2． 計算機控制與數據采集處理系統：

計算機系統：P4 2.8G/2G內存/250G硬盤，配17寸液晶顯示器，惠普/佳能彩色噴墨打印機。

數據采集系統：采用多功能PCI總線數據采集卡，具有16位 A/D

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轉換器, 采樣速率可達 100kHz，16 路單端模擬量輸入。滿足了系統高速實時、高精度采樣的要求。

開關量輸出：數據采集卡通過20芯扁平電纜接口連接到功率繼電器輸出板,實現系統的開關動作。它帶有16個SPST繼電器通道,同時擁有最大的額定接觸功率(250VAC @5A或30VDC @5A)，可以控制系統中的電磁閥與真空泵等。

I/O輸入：數據采集卡通過20芯扁平電纜接口連接到I/O輸入接口板,實現啟動、停止按鈕信號的輸入。

圖5 數據采集與控制示意圖

3． 測試工裝：

工裝夾具設計充分考慮到不同產品的測試要求，可靈活更換，并進行防腐蝕處理。接口氣路板有12個壓力接口，可同時進行12個傳感器檢測。壓力接口與被測傳感器設計設計有過渡接口，過渡接口一端通過相應的螺紋接口與被測壓力傳感器相配合，另外一端靠四個

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安裝螺絲與接口氣路板連接，并靠壓緊嵌在接口氣路板凹槽內的O形圈來實現密封。

圖6 傳感器氣路接口示意圖

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第二篇：壓力傳感器工作原理

壓力傳感器是工業實踐、儀器儀表控制中最為常用的一種傳感器，并廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用。

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。

1、應變片壓力傳感器原理與應用：

在了解壓阻式力傳感器時，我們首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。電阻應變片應用最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生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產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）顯示或執行機構。

1．1、金屬電阻應變片的內部結構：它由基體材料、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，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，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。

1．2、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生阻值變化的現象，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生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，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壓力。

2、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，連接成一個惠斯登電路閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產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定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并與絕大多數介質直接接觸。

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、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全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。

3、擴散硅壓力傳感器原理及應用：被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

4、藍寶石壓力傳感器原理與應用

利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。

藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滯后、疲勞和蠕變現象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內），因此，利用硅-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性極強；另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與應用

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

現在壓電效應也應用在多晶體上，比如壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地

位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

第三篇：畢業設計——壓力傳感器設計

應變式力傳感器的設計

專

業 班

級 學

號 姓

名 指導教師

自動化 07084310 200713072005 王帥 劉濤

傳感器技術及應用大作業

摘要

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研制出了壓電傳感器。

壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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的應力。關鍵詞：壓力

I

傳感器技術及應用大作業

目錄

摘要.............................................................................................................................I 第1 章

緒論..............................................................................................................1 1.1

背景.............................................................................................................1 1.2

應用實例.....................................................................................................1 第2章

原理分析.......................................................................................................3 2.1

工作原理.....................................................................................................3 第3章

實現過程.......................................................................................................5 3.1

電路圖設計................................................................................................5 3.2

電路仿真....................................................................................................6 心得體會........................................................................................................................8

II

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第1 章

緒論

1.1

背景

壓力傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。

早在1954年美國C.S.Smith首先確認了半導體壓電效應，1955年C.Herring指出：這種壓電電阻效應是由于應力的作用，引起導體與價電子帶能量狀態的變化，以及載流子數量與遷移率變化所產生的一種現象。日本從1970年開始研究開發，首先應用在血壓計上，之后在過程控制領域及轎車發動機控制部分都獲得了廣泛的應用。最近幾年在家用電器、裝配機器人等應用領域普遍采用電子壓力傳感器作為壓力控制、壓力監控和判斷真空吸附的效果。

圖1 電子壓力傳感器模型

1.2

設計目的

圖2是壓力傳感器在全自動洗衣機中的應用實例。如圖所示，利用氣室，將在不同水位情況下水壓的變化，作為空氣壓力的變化檢測出來，從而可以在設定的水位上自動停止向洗衣機注水。

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圖2 壓力傳感器在全自動洗衣機中的應用

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第2章

原理分析

2.1

工作原理

圖1為PS壓力傳感器的截面結構圖，圖2為其傳感器部分的結構。如圖所示，在壓力傳感器半導體硅片上有一層擴散電阻體，如果對這一電阻體施加壓力，由于壓電電阻效應，其電阻值將發生變化。受到應變的部分，即膜片由于容易感壓而變薄，為了減緩來自傳感器底座應力的影響，將壓力傳感器片安裝在玻璃基座上。

如圖2（b）所示，當向空腔部分加上一定的壓力時，膜片受到一定程度的拉伸或收縮而產生形變。壓電電阻的排列方法如圖3所示，受到拉伸的電阻R2和R4的阻值增加；受到壓縮的電阻R1和R3阻值減小。

圖4

由于各壓電電阻如圖4那樣組成橋路結構，如果將它們連接到恒流源上，則由于壓力的增減，將在輸出端獲得輸出電壓ΔV，當壓力為零時的ΔV等于偏置電壓Voffset,在理想狀態下我們希望Voffset=0V，傳感器技術及應用大作業

實際上在生成擴散電阻體時，由于所形成的擴散電阻體尺寸大小的不同和存在雜質濃度的微小差異，因此總是有某個電壓值存在。壓力為零時，R1=R2=R3=R4=R，我們把加上一定壓力時R1、R2電阻的變化部分記作ΔR；相應R3、R4電阻的變化部分記作-ΔR，于是ΔV=ΔRI。

這個ΔV相對壓力呈現幾乎完全線性的特性，只是隨著溫度的變化而有所改變。

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第3章 實現過程

3.1 電路圖設計

圖5是PS壓力傳感器的外圍電路設計實例，圖中用恒流源來驅動壓力傳感器。

圖5 壓力傳感器設計電路

由于橋路失衡時的輸出電壓比較小，所以必須用運放IC1b和IC1C來進行放大。圖中VR1為偏置調整，VR2為壓力靈敏度調整，VR3為沒有加壓時輸出電壓調整，C1、C2用于去除噪聲。另外，如果電源電壓波動的話，將引起輸出電壓的變化，所以必須給電路提供一個穩定的電源。

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3.2 電路仿真

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心得體會

傳感器技術是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課，也是一門綜合性的技術基礎學科，它需要數學、物理學、電子學、力學、機械等知識，同時還要掌握各種物理量的變換原理、各種靜態和動態物理量（如力、振動、噪聲、壓力和溫度等）的測定，以及實驗裝置的設計和數據分析等方面所涉及的基礎理論。在做此次實驗前，我把老師所講的傳感器教材通讀了一遍，對傳感技術有了一定得了解。因為在這之前，沒有接觸過類似的課程設計，所以這次實驗，我感覺有些困難。

傳感技術是一門綜合性的課程知識，想做好這次實驗，必須要有較好的理論知識，例如：電路，模電，還有畫圖時，也要用軟件畫圖multisim仿真軟件的使用。只有熟悉了這些們課程才能真正的完成這次實驗。首先，是電路圖的設計，要明白傳感器的原理及在電路中的作用是什么。雖然最終設計出的電路圖不是很復雜，但是也是幾經周折。其次，是在multisim中連接電路元件，讓我進一步得熟悉了這個軟件的功能，并能運用自如。雖然畫圖時比較麻煩，經過大概一個小時的時間才畫完，但看著自己畫的圖，覺得很有成就感。最后，是電路的仿真，者可以說是最關鍵的一部了，前面所有的工作都是在為它打基礎，一旦仿真失敗就意味著所有得努力可能全部白費。仿真的結果雖然顯示出數字來了，但是和是要得要求相差很遠。因此，就一次一次的調試，改變電阻的阻值，以及滑動變阻器的阻值，最終把結果調試出來了。

通過這次傳感器技術的實驗,使我學到了不少實用的知識,更重要的是,做實驗的過程,思考問題的方法,這與做其他的實驗是通用的,真正使我們受益匪淺.在這次實驗的過程中我們要培養自己的獨立分析問題，和解決問題的能力。在調試電路圖的過程中，要自己學會思考。

最后，通過這次實驗我不但對理論知識有了更加深刻的理解，更加增強了我的綜合能力，希望以后能多有這樣的作業，使我們能把所學的專業知識實踐運用。使我們整體對各個方面都得到了不少的提高讓我們得到更好的鍛煉。

第四篇：壓力傳感器技術解析

壓力傳感器技術解析

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。

在了解壓阻式壓力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/DCPU

金屬電阻應變片的內部結構

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

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，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/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定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

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、高穩定性。電氣絕緣程度大于2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性、低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有替代諸多類型傳感器的趨勢，在中國越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

擴散硅壓力傳感器

被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

藍寶石壓力傳感器

利用應變電阻式工作原理，采用硅-具有無與倫比的計量特性。

--藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，用硅可在最惡劣的工作條件下

（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固地連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（4~20mA或0~5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

壓電式壓力傳感器

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于它隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。

現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

第五篇：壓力傳感器原理及應用

壓力傳感器原理及應用

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用

1、應變片壓力傳感器原理與應用力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。在了解壓阻式力傳感器時，我們首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。電阻應變片應用最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生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產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）顯示或執行機構。金屬電阻應變片的內部結構點擊瀏覽該文件如圖1所示，是電阻應變片的結構示意圖，它由基體材料、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，同時應變片的發熱致使本身的溫度過高，不同的環境中使用，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生阻值變化的現象，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生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，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

2、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定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。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、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發展方向，在歐美國家有全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。

3、擴散硅壓力傳感器原理及應用 工作原理 被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。原理圖 點擊瀏覽該文件

4、藍寶石壓力傳感器原理與應用利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發生滯后、疲勞和蠕變現象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內），因此，利用硅-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性極強；另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件

下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比

高。表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與應用壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研制出了壓力傳感器。

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。

現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經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的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應制造出來的壓阻傳感器，利用應變效應的應變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發揮它們獨特的用途。

這種壓力變送器主要利用液體或氣體在檢測器件上形成的壓力來檢測液體或者氣體的流量或壓強。把這種壓力信號轉變成標準的0～10V或者4～20mA電信號。以便控制使用。壓力和電信號的轉化主要由各種壓力傳感器的核心部件完成。核心部件主要由壓力檢測體和放大電路組成。