捷邁GEMS壓(ya)力(li)傳感器(qi)是(shi)工業(yè)(ye)實踐(jian)中(zhong)常(chang)用(yong)的(de)壹(yi)種(zhong)傳感器(qi)，其廣(guang)泛應(yīng)(ying)用(yong)於各(ge)種(zhong)工程(cheng)建(jian)築機(ji)械(xie)、液(ye)壓(ya)、鐵(tie)路車(che)輛以(yi)及(ji)其他交(jiao)通(tong)運輸設(shè)(she)備(bei)、測(ce)試測(ce)量設(shè)(she)備(bei)、壓縮機(ji)、制(zhi)冷(leng)空(kong)調(diào)、醫(yī)(yi)療設(shè)(she)備(bei)、農(nóng)用(yong)機(ji)械(xie)、水及(ji)廢水處(chu)理、船舶、石油(you)天(tian)然氣(qi)、食(shi)品飲料設(shè)(she)備(bei)、工業(yè)(ye)自(zi)控環(huán)境(jing)，涉及(ji)水利(li)水電(dian)、鐵(tie)路交通(tong)、智能(neng)建(jian)築、生產(chǎn)(chan)自控(kong)、航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)、*、石(shi)化、油(you)井(jing)、電(dian)力(li)、機(ji)床(chuang)、管道等眾多行(xing)業(yè)。
下(xia)面就簡(jian)單(dan)介(jie)紹壹些常(chang)用(yong)傳感器(qi)原理及(ji)其應(yīng)(ying)用(yong)：
1 、應(yīng)(ying)變片(pian)壓(ya)力(li)傳感器(qi)原理與應(yīng)(ying)用(yong) 力(li)學(xué)傳感器(qi)的(de)種(zhong)類(lei)繁(fan)多，如電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)壓(ya)力(li)傳感器(qi)、半(ban)導(dǎo)(dao)體應(yīng)(ying)變片(pian)壓(ya)力(li)傳感器(qi)、壓(ya)阻式壓(ya)力(li)傳感器(qi)、電(dian)感式(shi)壓力(li)傳感器(qi)、電(dian)容(rong)式(shi)壓(ya)力(li)傳感器(qi)、諧振(zhen)式壓(ya)力(li)傳感器(qi)及(ji)電(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速度傳感器(qi)等。但(dan)應(yīng)(ying)用(yong)廣泛的(de)是(shi)壓(ya)阻式壓(ya)力(li)傳感器(qi)，它具有(you)極(ji)低的(de)價(jia)格(ge)和較高的(de)精度以及(ji)較(jiao)好的(de)線性(xing)特(te)性(xing)。下(xia)面我(wo)們(men)主(zhu)要(yao)介(jie)紹這(zhe)類(lei)傳(chuan)感器(qi)。
在(zai)了解壓(ya)阻式力(li)傳感器(qi)時(shi)，我(wo)們(men)首(shou)先認(rèn)識(shi)壹下(xia)電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)這(zhe)種(zhong)元件。電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)是(shi)壹種(zhong)將被測(ce)件上的(de)應(yīng)(ying)變變化轉(zhuǎn)(zhuan)換(huan)成(cheng)為壹(yi)種(zhong)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)敏(min)感器(qi)件(jian)。它是(shi)壓(ya)阻式應(yīng)(ying)變傳感器(qi)的(de)主(zhu)要(yao)組(zu)成(cheng)部分(fen)之(zhi)壹。電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)應(yīng)(ying)用(yong)多的(de)是(shi)金(jin)屬(shu)電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)和(he)半導(dǎo)(dao)體應(yīng)(ying)變片(pian)兩種(zhong)。金屬(shu)電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)又(you)有絲(si)狀(zhuang)應(yīng)(ying)變片(pian)和(he)金屬(shu)箔(bo)狀(zhuang)應(yīng)(ying)變片(pian)兩種(zhong)。通常(chang)是(shi)將應(yīng)(ying)變片(pian)通(tong)過特殊(shu)的(de)粘(zhan)和(he)劑(ji)緊(jin)密的(de)粘(zhan)合在(zai)產(chǎn)(chan)生力(li)學(xué)應(yīng)(ying)變基(ji)體上，當(dāng)(dang)基(ji)體受力(li)發(fā)(fa)生應(yīng)(ying)力(li)變化時(shi)，電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)也(ye)壹(yi)起產(chǎn)(chan)生形變，使應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)阻值(zhi)發(fā)(fa)生改變，從而使加在電(dian)阻上的(de)電(dian)壓(ya)發(fā)(fa)生變化。這(zhe)種(zhong)應(yīng)(ying)變片(pian)在(zai)受力(li)時產(chǎn)(chan)生的(de)阻值(zhi)變化通(tong)常(chang)較(jiao)小，壹(yi)般(ban)這(zhe)種(zhong)應(yīng)(ying)變片(pian)都(dou)組(zu)成(cheng)應(yīng)(ying)變電(dian)橋(qiao)，並(bing)通(tong)過後(hou)續(xù)(xu)的(de)儀(yi)表(biao)放(fang)大器(qi)進行(xing)放(fang)大，再傳輸給(gei)處(chu)理電(dian)路（通常(chang)是(shi) A/D 轉(zhuǎn)換(huan)和 CPU ）顯(xian)示或執(zhí)(zhi)行(xing)機(ji)構(gòu)(gou)。 金屬(shu)電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)內(nèi)(nei)部(bu)結(jié)(jie)構(gòu)(gou)是電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)結(jié)(jie)構(gòu)(gou)，它由(you)基(ji)體材(cai)料(liao)、金(jin)屬(shu)應(yīng)(ying)變絲(si)或應(yīng)(ying)變箔(bo)、絕(jue)緣保護(hu)片(pian)和(he)引出(chu)線等部(bu)分(fen)組(zu)成(cheng)。根據(jù)不(bu)同的(de)用(yong)途，電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)阻值(zhi)可以(yi)由設(shè)(she)計(ji)者(zhe)設(shè)(she)計(ji)，但(dan)電(dian)阻的(de)取(qu)值(zhi)範(fàn)圍應(yīng)(ying)註意：阻值(zhi)太(tai)小，所(suo)需的(de)驅(qū)動(dong)電(dian)流太(tai)大，同(tong)時(shi)應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)發(fā)(fa)熱致使本(ben)身的(de)溫(wen)度(du)過高，不同的(de)環(huán)境(jing)中(zhong)使用(yong)，使應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)阻值(zhi)變化太(tai)大，輸出(chu)零點漂移(yi)明(ming)顯(xian)，調(diào)零(ling)電(dian)路過於復(fù)雜(za)。而(er)電(dian)阻太(tai)大，阻抗太(tai)高，抗外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹?jǐn)_能(neng)力(li)較差(cha)。壹(yi)般(ban)均(jun)為(wei)幾十歐至幾(ji)十千歐左右。 電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)工作(zuo)原理 金屬(shu)電(dian)阻應(yīng)(ying)變片(pian)的(de)工作(zuo)原理是吸(xi)附(fu)在(zai)基(ji)體材(cai)料(liao)上(shang)應(yīng)(ying)變電(dian)阻隨機(ji)械(xie)形(xing)變而產(chǎn)(chan)生阻值(zhi)變化的(de)現(xiàn)(xian)象(xiang)，俗稱(cheng)為(wei)電(dian)阻應(yīng)(ying)變效(xiao)應(yīng)(ying)。金屬(shu)導(dǎo)(dao)體的(de)電(dian)阻值(zhi)可用(yong)下(xia)式表(biao)示： 式(shi)中(zhong)： ρ—— 金(jin)屬(shu)導(dǎo)(dao)體的(de)電(dian)阻率（ Ω·cm2/m ） S—— 導(dǎo)(dao)體的(de)截(jie)面(mian)積(ji)（ cm2 ） L—— 導(dǎo)(dao)體的(de)長(chang)度(du)（ m ） 我(wo)們(men)以(yi)金屬(shu)絲(si)應(yīng)(ying)變電(dian)阻為例(li)，當(dāng)(dang)金屬(shu)絲(si)受外力(li)作用(yong)時，其長(chang)度(du)和(he)截(jie)面積(ji)都會(hui)發(fā)(fa)生變化，從(cong)上(shang)式中(zhong)可(ke)很(hen)容易看出(chu)，其電(dian)阻值(zhi)即會(hui)發(fā)(fa)生改變，假如金屬(shu)絲(si)受外力(li)作用(yong)而伸長(chang)時(shi)，其長(chang)度(du)增(zeng)加(jia)，而截面積(ji)減(jian)少，電(dian)阻值(zhi)便(bian)會增大。當(dāng)(dang)金屬(shu)絲(si)受外力(li)作用(yong)而壓縮時，長(chang)度(du)減(jian)小而(er)截面增(zeng)加(jia)，電(dian)阻值(zhi)則會(hui)減(jian)小。只(zhi)要(yao)測(ce)出(chu)加在(zai)電(dian)阻的(de)變化（通(tong)常(chang)是(shi)測(ce)量電(dian)阻兩端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)），即(ji)可(ke)獲(huo)得應(yīng)(ying)變金屬(shu)絲(si)的(de)應(yīng)(ying)變情。
2 、陶瓷壓(ya)力(li)傳感器(qi)原理及(ji)應(yīng)(ying)用(yong) 抗腐蝕的(de)陶(tao)瓷(ci)壓(ya)力(li)傳感器(qi)沒(mei)有(you)液(ye)體的(de)傳(chuan)遞(di)，壓(ya)力(li)直接(jie)作用(yong)在陶瓷膜(mo)片(pian)的(de)前(qian)表(biao)面，使膜(mo)片(pian)產(chǎn)(chan)生微(wei)小的(de)形(xing)變，厚膜(mo)電(dian)阻印刷在陶(tao)瓷膜(mo)片(pian)的(de)背(bei)面(mian)，連(lian)接(jie)成(cheng)壹個(ge)惠(hui)斯通(tong)電(dian)橋(qiao) ( 閉(bi)橋(qiao) ) ，由(you)於壓(ya)敏(min)電(dian)阻的(de)壓(ya)阻效(xiao)應(yīng)(ying)，使電(dian)橋(qiao)產(chǎn)(chan)生壹個與(yu)壓(ya)力(li)成(cheng)正比(bi)的(de)高度線性(xing)、與(yu)激(ji)勵(li)電(dian)壓(ya)也(ye)成(cheng)正比(bi)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)，標(biāo)準(zhǔn)的(de)信(xin)號(hao)根(gen)據(jù)壓(ya)力(li)量程的(de)不(bu)同(tong)標(biāo)定為(wei) 2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V 等，可(ke)以(yi)和應(yīng)(ying)變式傳感器(qi)相(xiang)兼(jian)容(rong)。通(tong)過激光標(biāo)定，傳(chuan)感器(qi)具有(you)很(hen)高的(de)溫(wen)度(du)穩(wěn)(wen)定(ding)性(xing)和(he)時(shi)間穩(wěn)定(ding)性(xing)，傳(chuan)感器(qi)自(zi)帶(dai)溫(wen)度(du)補(bu)償 0 ～ 70 ℃ ，並可以和(he)絕(jue)大多數(shù)介(jie)質(zhì)(zhi)直接(jie)接觸(chu)。
陶瓷(ci)是(shi)壹(yi)種(zhong)*的(de)高彈性(xing)、抗腐蝕、抗磨損、抗沖(chong)擊(ji)和振(zhen)動的(de)材(cai)料(liao)。陶(tao)瓷(ci)的(de)熱(re)穩(wěn)(wen)定(ding)特(te)性(xing)及(ji)它的(de)厚(hou)膜(mo)電(dian)阻可以(yi)使它的(de)工作(zuo)溫(wen)度範(fàn)圍高達(dá)(da) -40 ～ 135 ℃ ，而(er)且(qie)具有(you)測(ce)量的(de)高精度、高穩(wěn)定性(xing)。電(dian)氣(qi)絕(jue)緣程(cheng)度 >2kV ，輸出(chu)信號(hao)強，長(chang)期(qi)穩(wěn)(wen)定(ding)性(xing)好。高特性(xing)，低價(jia)格(ge)的(de)陶(tao)瓷(ci)傳(chuan)感器(qi)將是壓(ya)力(li)傳感器(qi)的(de)發(fā)(fa)展方(fang)向(xiang)，在(zai)歐美(mei)國(guo)家(jia)有(you)全面替(ti)代(dai)其它類(lei)型(xing)傳(chuan)感器(qi)的(de)趨勢，在(zai)供(gong)應(yīng)(ying)也(ye)越來越多的(de)用(yong)戶使用(yong)陶瓷傳感器(qi)替(ti)代(dai)擴(kuo)散矽(gui)壓力(li)傳感器(qi)。
3 、擴(kuo)散矽(gui)壓力(li)傳感器(qi)原理及(ji)應(yīng)(ying)用(yong) 工作(zuo)原理 被測(ce)介(jie)質(zhì)(zhi)的(de)壓(ya)力(li)直接(jie)作用(yong)於傳(chuan)感器(qi)的(de)膜(mo)片(pian)上(shang)（不銹(xiu)鋼或陶(tao)瓷(ci)），使膜(mo)片(pian)產(chǎn)(chan)生與介(jie)質(zhì)(zhi)壓(ya)力(li)成(cheng)正比(bi)的(de)微(wei)位(wei)移(yi)，使傳感器(qi)的(de)電(dian)阻值(zhi)發(fā)(fa)生變化，和(he)用(yong)電(dian)子(zi)線路檢測(ce)這(zhe)壹變化，並(bing)轉(zhuǎn)(zhuan)換(huan)輸出(chu)壹個(ge)對(dui)應(yīng)(ying)於這(zhe)壹壓(ya)力(li)的(de)標(biāo)準(zhǔn)測(ce)量信號。
4 、藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)壓力(li)傳感器(qi)原理與應(yīng)(ying)用(yong) 利用(yong)應(yīng)(ying)變電(dian)阻式工作(zuo)原理，采用(yong)矽(gui) - 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)作為半(ban)導(dǎo)(dao)體敏(min)感元件，具有(you)不(bu)可比(bi)的(de)計(ji)量(liang)特性(xing)。 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)系(xi)由(you)單(dan)晶體絕(jue)緣體元素組(zu)成(cheng)，不會(hui)發(fā)(fa)生滯後(hou)、疲(pi)勞(lao)和蠕(ru)變現(xiàn)(xian)象(xiang)；藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)比(bi)矽(gui)要(yao)堅固(gu)，硬(ying)度(du)更高，不怕形(xing)變；藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)有著非(fei)常(chang)好的(de)彈性(xing)和(he)絕(jue)緣特(te)性(xing)（ 1000 OC 以(yi)內(nèi)(nei)），因此(ci)，利用(yong)矽(gui) - 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)制造(zao)的(de)半(ban)導(dǎo)(dao)體敏(min)感元件，對(dui)溫度(du)變化不(bu)敏(min)感，即(ji)使在高溫條(tiao)件下(xia)，也(ye)有(you)著很(hen)好的(de)工作(zuo)特(te)性(xing)；藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)的(de)抗輻(fu)射(she)特性(xing)*；另外(wai)，矽(gui) - 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)半導(dǎo)(dao)體敏(min)感元件，無 p-n 漂移(yi)，因此(ci)，從根(gen)本(ben)上簡(jian)化了制造(zao)工藝，提高了重復(fù)性(xing)，確(que)保了高成(cheng)品率(lv)。 用(yong)矽(gui) - 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)半導(dǎo)(dao)體敏(min)感元件制(zhi)造(zao)的(de)壓(ya)力(li)傳感器(qi)和(he)變送器(qi)，可(ke)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)工作(zuo)條(tiao)件下(xia)正常(chang)工作(zuo)，並(bing)且可靠性(xing)高、精度好、溫度誤差(cha)極(ji)小、性(xing)價(jia)比(bi)高。 表(biao)壓壓(ya)力(li)傳感器(qi)和(he)變送器(qi)由(you)雙(shuang)膜(mo)片(pian)構(gòu)(gou)成(cheng)：鈦合金(jin)測(ce)量膜(mo)片(pian)和(he)鈦合金(jin)接收(shou)膜(mo)片(pian)。印刷有異(yi)質(zhì)(zhi)外(wai)延(yan)性(xing)應(yīng)(ying)變靈敏(min)電(dian)橋(qiao)電(dian)路的(de)藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)薄片(pian)，被焊接在鈦合金(jin)測(ce)量膜(mo)片(pian)上(shang)。被測(ce)壓力(li)傳送到(dao)接收(shou)膜(mo)片(pian)上(shang)（接收(shou)膜(mo)片(pian)與(yu)測(ce)量膜(mo)片(pian)之(zhi)間用(yong)拉(la)桿(gan)堅固(gu)的(de)連(lian)接(jie)在壹起）。在(zai)壓(ya)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，鈦合金(jin)接收(shou)膜(mo)片(pian)產(chǎn)(chan)生形變，該形變被矽(gui) - 藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)敏(min)感元件感知(zhi)後(hou)，其電(dian)橋(qiao)輸出(chu)會發(fā)(fa)生變化，變化的(de)幅(fu)度(du)與被測(ce)壓力(li)成(cheng)正比(bi)。 傳感器(qi)的(de)電(dian)路能(neng)夠保證應(yīng)(ying)變電(dian)橋(qiao)電(dian)路的(de)供(gong)電(dian)，並(bing)將應(yīng)(ying)變電(dian)橋(qiao)的(de)失衡信(xin)號轉(zhuǎn)(zhuan)換(huan)為統(tǒng)壹(yi)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)輸出(chu)（ 0-5 ， 4-20mA 或 0-5V ）。在(zai)絕(jue)壓壓力(li)傳感器(qi)和(he)變送器(qi)中(zhong)，藍(lán)(lan)寶(bao)石(shi)薄片(pian)，與(yu)陶瓷(ci)基(ji)極(ji)玻(bo)璃(li)焊料連(lian)接(jie)在壹起，起(qi)到(dao)了彈性(xing)元件的(de)作(zuo)用(yong)，將被測(ce)壓力(li)轉(zhuǎn)換(huan)為應(yīng)(ying)變片(pian)形(xing)變，從而達(dá)(da)到(dao)壓力(li)測(ce)量的(de)目(mu)的(de)。
5 、壓(ya)電(dian)壓(ya)力(li)傳感器(qi)原理與應(yīng)(ying)用(yong) 壓力(li)傳感器(qi)中(zhong)主(zhu)要(yao)使用(yong)的(de)壓(ya)電(dian)材(cai)料(liao)包括(kuo)有石(shi)英(ying)、酒(jiu)石酸(suan)鉀(jia)鈉和磷(lin)酸(suan)二氫胺(an)。其中(zhong)石(shi)英(ying)（二氧(yang)化矽(gui)）是壹種(zhong)天然晶體，壓電(dian)效(xiao)應(yīng)(ying)就是(shi)在(zai)這(zhe)種(zhong)晶體中(zhong)發(fā)(fa)現(xiàn)(xian)的(de)，在(zai)壹(yi)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)範(fàn)圍之(zhi)內(nèi)(nei)，壓電(dian)性(xing)質(zhì)(zhi)壹(yi)直存(cun)在，但(dan)溫(wen)度超過這(zhe)個範(fàn)圍之(zhi)後(hou)，壓(ya)電(dian)性(xing)質(zhì)(zhi)*消失（這(zhe)個高溫就是(shi)所(suo)謂的(de) “ 居(ju)裏點 ” ）。由於隨(sui)著(zhe)應(yīng)(ying)力(li)的(de)變化電(dian)場(chang)變化微(wei)?。ㄒ?ye)就說壓電(dian)系(xi)數(shù)比(bi)較低），所(suo)以(yi)石(shi)英(ying)逐漸(jian)被其他的(de)壓(ya)電(dian)晶(jing)體所替(ti)代(dai)。而酒(jiu)石酸(suan)鉀(jia)鈉具有(you)很(hen)大的(de)壓(ya)電(dian)靈(ling)敏(min)度和(he)壓電(dian)系(xi)數(shù)，但(dan)是(shi)它只(zhi)能(neng)在室(shi)溫和濕(shi)度比(bi)較低的(de)環(huán)境(jing)下(xia)才(cai)能(neng)夠應(yīng)(ying)用(yong)。磷(lin)酸(suan)二氫胺(an)屬(shu)於人造(zao)晶(jing)體，能(neng)夠承(cheng)受高溫和相(xiang)當(dāng)(dang)高的(de)濕(shi)度，所(suo)以(yi)已經(jīng)得到(dao)了廣泛的(de)應(yīng)(ying)用(yong)。
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