作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技术支持工程师
关键词：传感器, 规格
压力传感器是一个电子元器件，负责监控或检测气体或液体压力（力），并将这些信息转换成可用来监测或调节该力的电信号。要进一步讨论压力传感器，有必要从一些基本定义开始。压力是指气体或液体在单位表面积上施加的力的大小。公式 P=F/A 给出了压力 (P)、力 (F) 和面积 (A) 之间的关系。传统的压力单位是帕斯卡，定义为每平方米一牛顿 (N)。压力也可以描述为阻碍流体膨胀所需的力。
压力传感器采用的技术有许多种（下文将进行讨论），每种技术都将最终决定特定压力传感器的工作方式。尽管当今的很多压力传感器可以与各种液体和气体搭配使用，但有些更粘稠或致密的液体（纸浆、沥青、原油等等）可能需要使用定制的压力传感器。但有一种压力传感器适用于几乎任何场景。
解决命名混乱的问题
基本上，压力传感器、压力换能器和压力变送器的功能大体相当，因此这几个术语经常互换使用。它们之间的主要区别在于输出信号。
压力传感器会感测压力的大小，并产生与所施加力的大小相对应的输出信号。压力换能器将检测到的力转换成连续电压输出 (V)，而压力变送器则将检测到的力转换成电流输出 (mA)。
在通常情况下，压力传感器可以使用许多名称，例如压力换能器、压力变送器、压力发送器、压力指示器、压强计和压力计。无论采用哪种名称，使用这些装置的目的都是为了在各种应用中监测和调节压力，也可用来测量其他变量，例如液体/气体流量、高度和水位。
压力测量类型
在压力测量和压力传感器领域，必须了解很多术语，以确保实现最佳的系统性能和测量精度。您的应用所使用的特定压力传感器类型会对这些因素产生重大影响，因为压力通常是相对于某个参考值（例如海平面的大气压力）测得的。
一个关键术语是“量表压力”，即相对于当地环境压力或大气压力测得的压力值。指示的压力不是高于就是低于当地大气压力。
另一个重要术语是“绝对压力”，即相对于零压或真空参考值的测得的压力值。无论在哪个位置测量，使用绝对压力传感器获得的测量结果都是一样的。
“差压”是指系统中的两个不同点之间的压力差，通常用来计算管道内的液体或气体流量。
“真空压力”测量的是相对于环境压力或当地大气压力的负压范围。
最后，“混合压力”是指正负压或真空的测量值，基本上是“量表压力”与“真空压力”的结合体。
常用的压力测量技术
压力的检测、理解和测量，最早可以追溯到 16 世纪晚期伽利略和 17 世纪中叶托里切利的开创性工作。波登管是史上第一款压力计，于 1849 年问世，此后直到 1930 年才诞生第一款电输出压力换能器。随着半导体技术的兴起，用来检测这一基本力的技术大量涌现。下面简要介绍了主要的压力测量技术及其应用：
- 电容式：检测电容器板之间的膜片受压弯曲引起的电容变化。
- 感应式：检测与磁芯相连膜片的微小偏转，此偏转会导致磁芯中发生线性运动。这种运动会改变感应电流，并转换成电信号。
- 光学式：利用光源和传感器进行测量，光源会随着压力增大而逐渐被遮挡，传感器用来产生与光线变化成比例的信号。光纤传感器也可以用来测量由压力引起的光线路径和相位的变化。
- 压电式：当外部压力作用于石英或陶瓷材料时，这些材料会产生与压缩量成比例的可变电荷。压阻技术利用材料在拉伸时的电阻变化来测量压力。
- 电位式：利用电阻装置（电位计）和连接到波登管的滑臂进行测量。滑臂随着压力的变化而移动，电位计根据力的大小产生一个相对信号。
- 谐振式：对带有振弦的膜片施加的力会改变振弦的谐振频率，这会被转化成电信号。
- 应变计：将施加的力（压力）转换成随施加的力波动的电阻变化。随后即可测量此电阻值。
压力传感器类型
要了解压力传感器，回顾一下可以在设计中使用的各种传感器类型也很重要。下面是基本的压力传感器类型：
- 膜片传感器：包含受压时会变形的柔性圆形金属薄片。
- 密封传感器：以海平面的大气压力作为参考压力。
- 固态传感器：这些传感器没有活动部件，使用半导体开关元件（例如场效应晶体管）来感应压力。
- 应变计传感器：测量由外力引起的长度变化所产生的电阻，并将其转化成电信号。
- 薄膜传感器：顾名思义，这些传感器使用含有电阻元件的薄膜，当压力导致薄膜的长度和厚度发生变化时，电阻会随之改变。
- 真空传感器：用来测量低于大气水平的压力。通常情况下，这些传感器采用压电技术，或者测量特定空间的气体体积。
- 排气式传感器：测量相对于环境气压的压力。
最终设计考虑因素
根据上文介绍的压力传感器技术、测量方法和类型，在为特定的设计指定压力传感器时，需要记住下面这些最终选择标准。第一个关键参数是工作压力范围，即制造商为器件正常工作规定的安全压力范围。工作温度范围、传感器在发生故障之前所能承受的最大压力以及输出类型（模拟/数字）也是重要的考虑因素。此外，还应考虑输出水平、精度和漂移、分辨率、电源电压以及一些环境因素，例如温度、湿度、压力、液体接触、辐射以及传感器与任何接收装置之间的物理距离。通过考虑所有这些参数，可以为特定应用选择合适的压力传感器，以满足必要的工作条件和性能要求。
总结
电气工程师必须要了解，测量压力并利用这些数据进行过程控制和监控对很多行业（例如制造业和医疗保健行业）至关重要。为了确保产品和服务的质量和安全性，必须实现准确、可靠的压力感测。随着技术的进步，压力传感器现在有各种类型、技术、尺寸、输出和精度可供选择。要为特定应用选择正确的压力传感器，需要仔细考虑工作参数，例如传感器类型、压力范围、温度范围、最大压力、输出类型、精度、分辨率、电源电压以及环境因素。
幸运的是，CUI Devices 推出了一系列压电式压力传感器，可以满足这些要求。该公司的传感器具有多种压力类型和工作范围可供选择，可实现灵活而准确的测量。
小编的话
如文章所言，我们在使用压力传感器进行系统设计时常常会面临如何选择合适的器件的问题，这需要我们对不同压力测量技术有所了解，而后根据关键工作参数进行选择。相信通过本文详细的分析和介绍，小伙伴们对压力传感器有了更深的理解。您对压力传感器有哪些特别的理解？您在选择和应用压力传感器上有哪些心得、经验和问题？欢迎留言，分享讨论！
******
如有任何问题，欢迎联系得捷电子DigiKey客服团队。
中国(人民币)客服
－ 400-920-1199
－ service.sh@digikey.com
－ QQ在线实时咨询 |QQ号：4009201199
中国(美金)／ 香港客服
－ 400-882-4440
－ 8523104-0500
－ china.support@digikey.com
到微信搜寻“digikey”或“得捷电子”
关注我们官方微信
并登记成会员，
每周接收工程师秘技，
赚积分、换礼品、享福利
