压力传感器的工作原理

4 、蓝宝石压力传感器原理与应用
    利用应变电阻式工作原理，采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量
特性。
    蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚
固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC 以内），因此，
利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很
好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅- 蓝宝石半导体敏感元件，无p-n 漂移，
因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。
    用硅- 蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正
常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
    表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异
质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接
收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金
接收膜片产生形变，该形变被硅- 蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的
幅度与被测压力成正比。
    传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电
信号输出（0-5 ，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基
极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到
压力测量的目的。
   

5 、压电压力传感器原理与应用
    压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英
（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，
压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的
“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐
渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能
在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当
高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
    现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT 、
铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
    压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力
作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，
所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
    压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用
的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度
传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别
是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力
的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬
间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的
压力。
    压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感
器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。