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壓阻效應(yīng)和測量壓力
壓阻效應(yīng)和測量壓力
帕特里克·尼登菲爾（PatrickNiedenführ），2019年2月
如今，創(chuàng)新的傳感器技術(shù)可為您完成每項(xiàng)測量任務(wù)提供合適的壓力傳感器。您不僅可以在使用不同參考值的相對壓力傳感器，絕對壓力傳感器和差壓傳感器之間進(jìn)行選擇，而且現(xiàn)代壓力傳感器還可以讓您根據(jù)不同的物理效果在不同的測量原理之間進(jìn)行選擇。壓電和壓阻效應(yīng)主要用于現(xiàn)代壓力傳感器中。
在此博客文章中，我們將仔細(xì)研究壓阻差壓傳感器的特殊性能和實(shí)用優(yōu)勢。
首先–壓阻差壓傳感器實(shí)際如何工作？
與相對壓力傳感器和絕對壓力傳感器不同，差壓傳感器測量任意兩個壓力之間的差。壓差傳感器具有兩個單獨(dú)的壓力接口（軟管，螺紋或歧管）。并且-根據(jù)校準(zhǔn)，它可以測量正壓差（p1> p2）和負(fù)壓差（p1 <p2）。
壓阻效應(yīng)
基于硅的壓阻（基于膜片）壓差傳感器又由薄的硅膜片組成，在該膜片中嵌入了惠斯通電橋形式的電阻器。如果存在壓力差，則隔膜會穿過，并且電阻會變形。在測量電橋中連接在一起的電阻會對這種失真產(chǎn)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。這改變了電阻器的電阻和電壓。最后，觸發(fā)一個與壓力成比例的測量信號。
基于膜片的傳感器技術(shù)令人興奮的方面：
?即使最小的壓力負(fù)載和壓力變化，硅膜片半導(dǎo)體中的電阻也會非常敏感地做出反應(yīng)。這使得壓阻差壓傳感器非常精確，并且測量范圍僅為幾毫巴。
?硅具有單晶結(jié)構(gòu)，這意味著隔膜在拉伸后始終返回其原始狀態(tài)而不會變形。
膜片式傳感器技術(shù)的令人興奮的方面
壓阻差壓傳感器的基本設(shè)計
比較：壓阻壓力傳感器如何測量？
壓阻式壓差傳感器的替代產(chǎn)品是壓電壓力傳感器。與基于膜片的傳感器不同，壓電壓力傳感器由晶體盤組成。在壓力下，電荷分離會在晶體中產(chǎn)生成比例的電壓-“壓電效應(yīng)”。電荷放大器輸出電壓差，數(shù)字電路將其轉(zhuǎn)換為壓力的物理值。
比較時，壓阻傳感器和壓電傳感器均具有優(yōu)勢。確定使用哪種測量原理僅取決于相關(guān)應(yīng)用。例如，壓電傳感器可以很好地承受高溫和高動態(tài)壓力過程，而基于膜片的差壓傳感器尤其具有極高的測量精度和靈敏度。
膜基壓差傳感器
First Sensor的基于膜片的壓差傳感器的示意圖
使用壓阻差壓傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)：
+很小的尺寸
+極其精確的測量
+出色的靈敏度
+甚至可以測量最小的壓差
+大測量范圍：1 mbar（100 Pa）至10 bar
+幾乎沒有任何材料疲勞或滯后
+極好的抗超壓性
+模擬和數(shù)字接口
+高度線性的信號壓力特性曲線（無氣流）
新增：用于歧管安裝的壓阻式低差壓傳感器
First Sensor在新型微型歧管設(shè)計中提供了基于隔膜的低差壓傳感器。很小的扁平傳感器覆蓋1 mbar至7 bar的測量范圍，是節(jié)省空間安裝在歧管中的理想選擇。壓阻傳感器具有數(shù)字信號調(diào)理，SPI接口和模擬輸出信號，使其非常適合移動或便攜式設(shè)備中的電池供電應(yīng)用。
在此處閱讀有關(guān)First Sensor基于膜片的微型傳感器的更多信息。
特征：
?適合安裝在歧管中
?表面積8 x 13毫米，高度<7毫米
?高精度和長期穩(wěn)定性
?壓力范圍為1 mbar至7 bar
?校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償（0–70°C）
?3.3 V或5 V電源
?15位分辨率的SPI接口
要求：
?歧管兼容壓力口
?集成塊外殼
?直連，以便可以用O形圈密封安裝點(diǎn)
應(yīng)用：
建議何時使用基于隔膜的壓差傳感器？
當(dāng)壓力測量需要高度靈敏，高精確度時
精確的壓力測量，壓力范圍從1 mbar到10 bar，節(jié)省空間，壓阻差壓傳感器是理想的傳感器。
基于隔膜的壓差傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域：
?醫(yī)療技術(shù)：呼吸機(jī)，麻醉設(shè)備，CPAP，肺活量計，氧氣濃縮器
?空調(diào)技術(shù)：流量調(diào)節(jié)器，過濾器監(jiān)控，燃燒器控制
?測量技術(shù)
?工業(yè)控制與調(diào)節(jié)技術(shù)
精確的過程連接和過濾器
原則上，差壓傳感器應(yīng)具有過程連接，以便可以將傳感器連接到流路（通過軟管等）。例如，在許多應(yīng)用中，供應(yīng)管線中的附加過濾器也很重要，以使灰塵，濕氣或細(xì)菌污染遠(yuǎn)離傳感器。
如果標(biāo)準(zhǔn)解決方案還不夠？
更精確，更快，更高效，更具成本效益，甚至更多特定于應(yīng)用程序：某些應(yīng)用程序和某些市場情況需要特殊的傳感器解決方案。因此，除了提供各種基于隔膜的壓差傳感器之外，領(lǐng)先的制造商（例如First Sensor）還開發(fā)和實(shí)施了專用于傳感器的系統(tǒng)。
壓差傳感器的測量值既可以高度靈敏又可靠嗎？您可以在此購買者指南中找到答案：
