常用施克SICK壓力傳感器工作原理計使用方法

常用施克SICK壓力傳感器工作原理計使用方法

那么這些施克SICK壓力傳感器是如何將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的呢？不同的轉(zhuǎn)換方式又有什么特點呢？今天儀控君為大家匯總了目前常見的幾種壓力傳感器的測量原理，希望能對大家有所幫助。

壓電式施克SICK壓力傳感器主要基于壓電效應（Piezoelectric effect），利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進行相關(guān)測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態(tài)的測量當中，原因是受到外力作用后的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態(tài)的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發(fā)現(xiàn)的。

當應力發(fā)生變化的時候，電場的變化很小很小，其他的一些壓電晶體就會替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度的，但是，它只可以使用在室內(nèi)的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體，它可以在很高的濕度和很高的溫度的環(huán)境中使用，所以，它的應用是非常廣泛的。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應也已經(jīng)在多晶體上得到應用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nèi)。

以壓電效應為工作原理的傳感器，是機電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料制作而成的，而當壓電材料受到外力作用的時候，它的表面會形成電荷，電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后，就會被轉(zhuǎn)換成為與所受到的外力成正比關(guān)系的電量輸出。它是用來測量力以及可以轉(zhuǎn)換成為力的非電物理量，例如：

加速度和壓力。它有很多優(yōu)點：重量較輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等。但是它也存在著某些缺點：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一系列的防潮措施，而輸出電流的響應又比較差，那就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個缺點，讓儀器更好地工作。

施克SICK壓力傳感器主要基于壓阻效應（Piezoresistive effect）。壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于上述壓電效應，壓阻效應只產(chǎn)生阻抗變化，并不會產(chǎn)生電荷。

大多數(shù)金屬材料與半導體材料都被發(fā)現(xiàn)具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大于金屬。由于硅是現(xiàn)今集成電路的主要，以硅制作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。的電阻變化不單是來自與應力有關(guān)的幾何形變，而且也來自材料本身與應力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發(fā)生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關(guān)的等效質(zhì)量(effective mass)的變化。在P型硅中，此現(xiàn)象變得更復雜，而且也導致等效質(zhì)量改變及電洞轉(zhuǎn)換。

壓阻施克SICK壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零位），當傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶狻Ｈ艚o電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經(jīng)過放大后，再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應的電流信號，該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補償，即產(chǎn)生了輸入電壓成線性對應關(guān)系的4～20mA的標準輸出信號。

為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳感器都采用溫度補償措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標保持較高水平。

施克SICK壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

施克SICK壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態(tài)高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。

施克SICK壓力傳感器器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間，構(gòu)成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應減小，測量結(jié)果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現(xiàn)對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。

壓力傳感器根據(jù)工作原理、測量范圍和應用場景的不同，主要分為以下幾類：#壓力傳感器#

1. 壓阻式壓力傳感器

原理：利用壓阻效應，當壓力作用在敏感元件上時，電阻值發(fā)生變化，通過測量電阻變化推算壓力。

特點：精度高、響應快，廣泛應用于工業(yè)、汽車和消費電子。

常見類型：硅壓阻式、薄膜壓阻式。

2. 電容式壓力傳感器

原理：通過測量電容變化推算壓力，電容變化由壓力導致的極板間距變化引起。

特點：靈敏度高、功耗低，適合微壓測量。

應用：醫(yī)療設(shè)備、氣象監(jiān)測。

3. 壓電式壓力傳感器

原理：利用壓電材料在受力時產(chǎn)生電荷的特性，通過測量電荷量推算壓力。

特點：響應速度快，適合動態(tài)壓力測量。

應用：爆炸沖擊波、發(fā)動機燃燒壓力檢測。

4. 應變式壓力傳感器

原理：通過測量應變片形變導致的電阻變化推算壓力。

特點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，適合高精度測量。

應用：工業(yè)自動化、航空航天。

5. 光學式壓力傳感器

原理：通過測量光信號變化推算壓力，光信號變化由壓力導致的光纖或光柵形變引起。

特點：抗電磁干擾，適合惡劣環(huán)境。

應用：石油化工、電力監(jiān)測。

6. 原理：通過測量諧振頻率變化推算壓力，頻率變化由壓力導致的諧振元件形變引起。

特點：精度高、穩(wěn)定性好，適合高精度測量。

應用：氣象監(jiān)測、實驗室儀器。

7. 原理：通過測量電感變化推算壓力，電感變化由壓力導致的磁芯位移引起。

特點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，適合工業(yè)應用。

應用：液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)。

8. 利用陶瓷材料的壓阻效應，通過測量電阻變化推算壓力。

特點：耐腐蝕、耐高溫，適合惡劣環(huán)境。

應用：汽車、工業(yè)自動化。

9. 利用硅材料的壓阻效應，通過測量電阻變化推算壓力。

特點：精度高、穩(wěn)定性好，適合高精度測量。

應用：醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化。

10. 利用藍寶石材料的壓阻效應，通過測量電阻變化推算壓力。

特點：耐高溫、耐腐蝕，適合環(huán)境。

不同類別的壓力傳感器各有優(yōu)缺點，選擇時需根據(jù)具體應用場景、精度要求、環(huán)境條件等因素綜合考慮。