常用压力传感器原理及结构介绍

常用压力传感器原理及结构介绍常用压力传感器简介 振膜式谐振压力传感器振膜式压力传感器结构如图（a）所示振膜为一个平膜片，且与环形壳体 做成整体结构，它和基座构成密封的压力测量室，被测压力p经过导压管进入 压力测量室内参考压力室可以通大气用于测量表压,也可以抽成真空测量绝压 装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力，当激振频率与膜片固有 频率一致时，膜片产生谐振没有压力时，膜片是平的，其谐振频率为fO；当 有压力作用时，膜片受力变形，其张紧力增加，则相应的谐振频率也随之增加， 频率随压力变化且为单值函数关系在膜片上粘贴有应变片，它可以输出一个与谐振频率相同的信号此信 号经放大器放大后，再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动，构成一个闭环正 反馈自激振荡系统如图（b）所示 压电式压力传感器某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形（压缩或伸长）时，其内 部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷当外力去掉后，它又会重新 回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”常用的压电材料有天然的压电晶 体（如石英晶体）和压电陶瓷（如钛酸钡）两大类，它们的压电机理并不相同，压电 陶瓷是人造多晶体，压电常数比石英晶体高，但机械性能和稳定性不如石英晶体 好。

它们都具有较好特性，均是较理想的压电材料压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号 的由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线 性关系：Q=kSp式中Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力通过测量电 荷量可知被测压力大小图1为一种压电式压力传感器的结构示意图压电元件夹于两个弹性膜 片之间，压电元件的一个侧面与膜片接触并接地，另一侧面通过引线将电荷量引 出被测压力均匀作用在膜片上，使压电元件受力而产生电荷电荷量一般用电 荷放大器或电压放大器放大，转换为电压或电流输出，输出信号与被测压力值相 对应除在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压 电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子 材料（如聚偏二氟乙稀）或复合材料的合成膜的图1压电式压力传感器结构示意图更换压电元件可以改变压力的测量范围；在配用电荷放大器时，可以用 将多个压电元件并联的方式提高传感器的灵敏度；在配用电压放大器时，可以用 将多个压电兀件串联的方式提咼传感器的灵敏度压电式压力传感器体积小，结构简单，工作可靠；测量范围宽，可测 lOOMPa以下的压力；测量精度较高；频率响应高，可达30kHz，是动态压力检测 中常用的传感器，但由于压电元件存在电荷泄漏，故不适宜测量缓慢变化的压力 和静态压力。

振筒式谐振压力传感器振筒式压力传感器的感压元件是一个薄壁金属圆筒，圆柱筒本身具有一 定的固有频率，当筒壁受压张紧后，其刚度发生变化，固有频率相应改变在一 定的压力作用下，变化后的振筒频率可以近似表示为：式中f为受压后的振筒频率；f为固有频率；a为结构系数；p为被测压力 传感器由振筒组件和激振电路组成，如图3-14所示振筒用低温度系数 的恒弹性材料制成，一端封闭为自由端，开口端固定在基座上，压力由内侧引入 绝缘支架上固定着激振线圈和检测线圈，二者空间位置互相垂直，以减小电磁耦 合激振线圈使振筒按固有的频率振动，受压前后的频率变化可由检测线圈检出此种仪表体积小，输出频率信号，重复性好，耐振；精确度高，其精确 度为±0.1%和土 0.01% ；适用于气体测量振筒式压力传感器。