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壓力傳感器（一）

2026-01-07

壓力傳感器(Pressure Transducer)是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。
壓力傳感器通常由壓力敏感元件和信號處理單元組成。按不同的測試壓力類型，壓力傳感器可分為表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。
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。

重載型

重載壓力傳感器是傳感器中一種，但是我們很少聽說這種壓力傳感器，它通常被用于交通運輸應用中，通過監測氣動、輕載液壓、制動壓力、機油壓力、傳動裝置、以及卡車/拖車的氣閘等關鍵系統的壓力、液力、流量及液位來維持重載設備的性能。
重載壓力傳感器是一種具有外殼、金屬壓力接口以及高電平信號輸出的壓力測量裝置。許多傳感器配有圓形金屬或塑料外殼，外觀呈筒狀，一端是壓力接口，另一端是電纜或連接器。這類重載壓力傳感器常用于極端溫度及電磁干擾環境。工業及交通運輸領域的客戶在控制系統中使用壓力傳感器，可實現對冷卻液或潤滑油等流體的壓力測量和監控。同時，它還能夠及時檢測壓力尖峰反饋，發現系統阻塞等問題，從而即時找到解決方案。
重載壓力傳感器一直在發展，重載壓力傳感器為了能夠用于更加復雜的控制系統，設計工程師必需提高傳感器精度同時需要降低成本便于實際應用等要求。

分類

多傳感器信息融合技術的基本原理就像人的大腦綜合處理信息的過程一樣，將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優化組合處理，最終產生對觀測環境的一致性解釋。在這個過程中要充分地利用多源數據進行合理支配與使用，而信息融合的最終目標則是基于各傳感器獲得的分離觀測信息，通過對信息多級別、多方面組合導出更多有用信息。這不僅是利用了多個傳感器相互協同操作的優勢，而且也綜合處理了其它信息源的數據來提高整個傳感器系統的智能化。
壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器。傳統的壓力傳感器以機械結構型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結構尺寸大、質量重，不能提供電學輸出。隨著半導體技術的發展，半導體壓力傳感器也應運而生。其特點是體積小、質量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術的發展，半導體傳感器向著微型化發展，而且其功耗小、可靠性高。

擴散硅壓力變送器

擴散硅壓力變送器是把帶隔離的硅壓阻式壓力敏感元件封裝于不銹鋼殼體內制作而成。它能將感受到的液體或氣體壓力轉換成標準的電信號對外輸出，DATA-52系列擴散硅壓力變送器廣泛應用于供/排水、熱力、石油、化工、冶金等工業過程現場測量和控制。
性能指標：
測量介質：液體或氣體（對不銹鋼殼體無腐蝕）
量程：0-10MPa
精度等級：0.1%FS、0.5%FS（可選）
穩定性能：±0.05%FS/年；±0.1%FS/年
輸出信號：RS485、4~20mA（可選）
過載能力：150%FS
零點溫度系數：±0.01%FS/℃
滿度溫度系數：±0.02%FS/℃
防護等級：IP68
環境溫度：-10℃～80℃
存儲溫度：-40℃～85℃
供電電源：9V～36V DC；
結構材料：外殼：不銹鋼1Cr18Ni9Ti
密封圈：氟橡膠
膜片：不銹鋼316L
電纜：φ7.2mm聚氨酯專用電纜

半導體壓電阻型

半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器是在薄片表面形成半導體變形壓力，通過外力（壓力）使薄片變形而產生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉換成電信號。

靜電容量型

靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容，將通過外力（壓力）使可動極變形所產生的靜電容量的變化轉換成電氣信號。（E8Y的動作原理便是靜電容量方式，其他機種采用半導體方式）。

接線方法

傳感器的接線一向是客戶采購過程咨詢得最多的問題之一，很多客戶都不知道傳感器如何連線，其實各種傳感器的接線方式基本都是一樣的，壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制，有的還有五線制的。
壓力傳感器兩線制比較簡單，一般客戶都知道怎么接線，一根線連接電源正極，另一個線也就是信號線經過儀器連接到電源負極，這種是最簡單的，壓力傳感器三線制是在兩線制基礎上加了一個線，這根線直接連接到電源的負極，較兩線制麻煩一點。四線制壓力傳感器肯定是兩個電源輸入端，另外兩個是信號輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4~20mA輸出，4~20mA的叫壓力變送器，多數做成兩線制的。壓力傳感器的信號輸出有些是沒有經過放大的，滿量程輸出只有幾十毫伏，而有些壓力傳感器在內部有放大電路，滿量程輸出為0~2V。至于怎么接到顯示儀表，要看儀表的量程是多大，如果有和輸出信號相適應的檔位，就可以直接測量，否則要加信號調整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大，市面上五線制的傳感器也比較少。

螺紋類型

壓力傳感器的螺紋有很多種，常見的有NPT、PT、G、M，都是管螺紋。
NPT 是 National (American) Pipe Thread 的縮寫，屬於美國壓力傳感器標準的 60 度錐管螺紋，用于北美地區.國家標準可查閱 GB/T12716-1991
PT 是 Pipe Thread 的縮寫，是 55 度密封圓錐管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族，多用於歐洲及英聯邦國家.常用於水及煤氣管行業，錐度規定為 1:16。國家標準可查閱 GB/T7306-2000
G 是 55 度非螺紋密封管螺紋，屬惠氏壓力傳感器螺紋家族.標記為 G 代表圓柱螺紋。國家標準可查閱 GB/T7307-2001
M 是公制普通螺紋，如M20*1.5表示直徑為20mm，螺距為1.5，如客戶無特殊要求，壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。
另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 標記是指螺紋尺寸的直徑，單位是英寸。行內人通常用分來稱呼螺紋尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此類推。G 好像就是管螺紋的統稱(Guan)，55、60度的劃分屬于功能性的，俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。
ZG俗稱管錐，即螺紋由一圓錐面加工而成，一般的水管壓力接頭都是這樣的，老國標標注為Rc
公制螺紋用螺距來表示，美英制螺紋用每英寸內的螺紋牙數來表示，這是壓力傳感器螺紋最大的區別，公制螺紋是60度等邊牙型，英制螺紋是等腰55度牙型，美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位，美英制螺紋用英制單位。
管螺紋主要用來進行壓力管道的連接，其內外螺紋的配合緊密，壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑，顯然螺紋大徑比公稱直徑大。 1/4，1/2，1/8是英制螺紋的公稱直徑，單位是英寸。

工作原理

壓阻式壓力傳感器

電阻應變片是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。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。

陶瓷壓力傳感器

陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應，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，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。

擴散硅壓力傳感器

擴散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應，利用壓阻效應原理，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，利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。

藍寶石壓力傳感器

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。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強;另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移。

壓電式壓力傳感器

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。

無法避免誤差

在選擇壓力傳感器的時候我們要考慮他的綜合精度，而壓力傳感器的精度受哪些方面的影響呢?其實造成傳感器誤差的因素有很多，下面我們注意說四個無法避免的誤差，這是傳感器的初始誤差。
首先的偏移量誤差：由于壓力傳感器在整個壓力范圍內垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調節修正的變化將產生偏移量誤差。
其次是靈敏度誤差：產生誤差大小與壓力成正比。如果設備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數。該誤差的產生原因在于擴散過程的變化。
第三是線性誤差：這是一個對壓力傳感器初始誤差影響較小的因素，該誤差的產生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線稱重傳感器。
最后是滯后誤差：在大多數情形中，壓力傳感器的滯后誤差完全可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

壓力傳感器的這個四個誤差是無法避免的，我們只能選擇高精度的生產設備，利用最新技術來降低這些誤差，還可以在出廠的時候進行一定的誤差校準，盡最大的可能來降低誤差以滿足客戶的需要。

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