自動化技術的進步帶動了工業(ye) 設備的更新換代。除了液柱式壓力計、彈性式壓力表外，工業(ye) 設備中采用更多的是可將壓力轉換成電信號的壓力變送器和傳(chuan) 感器。那麽(me) 這些壓力變送器和傳(chuan) 感器是如何將壓力信號轉換為(wei) 電信號的呢？

1、壓電壓力傳感器

基於(yu) 壓電效應（Piezoelectric effect），利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為(wei) 電量，再進行相關(guan) 測量工作的測量精密儀(yi) 器。壓電傳(chuan) 感器隻可以應用在動態測量當中。主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。隨著技術的發展，壓電效應也已經在多晶體(ti) 上得到應用了。例如：壓電陶瓷，铌鎂酸壓電陶瓷、铌酸鹽係壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nei) 。

以壓電效應為(wei) 工作原理的傳(chuan) 感器是機電轉換式和自發電式傳(chuan) 感器。它的敏感元件是用壓電材料製作而成的。當壓電材料受到外力作用時表麵會(hui) 形成電荷，電荷通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以後，就會(hui) 被轉換成為(wei) 與(yu) 所受外力成正比關(guan) 係的電量輸出。它用來測量力以及可以轉換成為(wei) 力的非電物理量，例如：加速度和壓力。

優(you) 點是：重量較輕、工作可靠、結構簡單、信噪比高、靈敏度高以及信頻寬等。

缺點是：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一係列的防潮措施；而輸出電流響應又比較差，就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個(ge) 缺點。

2、壓阻壓力傳感器

壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產(chan) 生的電阻變化。不同於(yu) 壓電效應，壓阻效應隻產(chan) 生阻抗變化，並不會(hui) 產(chan) 生電荷。大多數金屬材料與(yu) 半導體(ti) 材料都被發現具有壓阻效應。由於(yu) 矽是現今集成電路的主要材料，以矽製作而成的壓阻元件的應用就變得非常有意義(yi) 。電阻變化不單是來自與(yu) 應力有關(guan) 的幾何形變，而且也來自材料本身與(yu) 應力相關(guan) 的電阻，這使得其程度因子大於(yu) 金屬數百倍之多。

壓阻壓力傳(chuan) 感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體(ti) 沒有外加壓力作用，電橋處於(yu) 平衡狀態（稱為(wei) 零位），當傳(chuan) 感器受壓後芯片電阻發生變化，電橋將失去平衡。若給電橋加一個(ge) 恒定電流或電壓電源，電橋將輸出與(yu) 壓力對應的電壓信號，這樣傳(chuan) 感器的電阻變化通過電橋轉換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經過放大後，再經過電壓電流的轉換，變換成相應的電流信號，該電流信號通過非線性校正環路的補償(chang) ，即產(chan) 生了與(yu) 輸入電壓成線性對應關(guan) 係的4～20mA標準輸出信號。

為(wei) 減小溫度變化對芯體(ti) 電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳(chuan) 感器都采用溫度補償(chang) 措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩定性等技術指標保持較高水平。

3、電容壓力傳感器

利用電容作為(wei) 敏感元件，將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳(chuan) 感器。這種壓力傳(chuan) 感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為(wei) 電容器的一個(ge) 電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與(yu) 固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與(yu) 電壓成一定關(guan) 係的電信號。電容式壓力傳(chuan) 感器屬於(yu) 極距變化型電容式傳(chuan) 感器，可分為(wei) 單電容式壓力傳(chuan) 感器和差動電容式壓力傳(chuan) 感器。

單電容式壓力傳(chuan) 感器由圓形薄膜與(yu) 固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形，從(cong) 而改變電容器的容量，其靈敏度大致與(yu) 薄膜的麵積和壓力成正比，而與(yu) 薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球麵狀，膜片為(wei) 周邊固定的張緊平麵，膜片可用塑料鍍金屬層的方法製成。這種型式適於(yu) 測量低壓，並有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片製成測量高壓的單電容式壓力傳(chuan) 感器。這種型式可減小膜片的直接受壓麵積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與(yu) 各種補償(chang) 和保護部以及放大電路整體(ti) 封裝在一起，以便提高抗幹擾能力。這種傳(chuan) 感器適於(yu) 測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳(chuan) 感器還有傳(chuan) 聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。

差動電容式壓力傳(chuan) 感器的受壓膜片電極位於(yu) 兩(liang) 個(ge) 固定電極之間，構成兩(liang) 個(ge) 電容器。在壓力的作用下一個(ge) 電容器的容量增大而另一個(ge) 則相應減小，測量結果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表麵上鍍金屬層而製成。過載時膜片受到凹麵的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳(chuan) 感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現對被測氣體(ti) 或液體(ti) 的隔離，因此不宜於(yu) 工作在有腐蝕性或雜質的流體(ti) 中。

4、電磁壓力傳感器

利用電磁原理的傳(chuan) 感器統稱為(wei) 電磁壓力傳(chuan) 感器，主要包括電感壓力傳(chuan) 感器、霍爾壓力傳(chuan) 感器、電渦流壓力傳(chuan) 感器等。

①電感壓力傳感器

電感式壓力傳(chuan) 感器的工作原理是由於(yu) 磁性材料和磁導率不同，當壓力作用於(yu) 膜片時，氣隙大小發生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(ge) 電感的變化轉化成相應的信號輸出，從(cong) 而達到測量壓力的目的。該種壓力傳(chuan) 感器按磁路變化可以分為(wei) 兩(liang) 種：變磁阻和變磁導。電感式壓力傳(chuan) 感器的優(you) 點在於(yu) 靈敏度高、測量範圍大；缺點就是不能應用於(yu) 高頻動態環境。

變磁阻式壓力傳(chuan) 感器主要部件是鐵芯跟膜片。它們(men) 跟之間的氣隙形成了一個(ge) 磁路。當有壓力作用時，氣隙大小改變，即磁阻發生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會(hui) 隨著氣隙的變化而變化，從(cong) 而測出壓力。

在磁通密度高的場合，鐵磁材料的導磁率不穩定，這種情況下可以采用變磁導式壓力傳(chuan) 感器測量。變磁導式壓力傳(chuan) 感器用一個(ge) 可移動的磁性元件代替鐵芯，壓力的變化導致磁性元件的移動，從(cong) 而磁導率發生改變，由此得出壓力值。

②霍爾壓力傳感器

霍爾壓力傳(chuan) 感器是基於(yu) 某些半導體(ti) 材料的霍爾效應製成的。霍爾效應是指當固體(ti) 導體(ti) 放置在一個(ge) 磁場內(nei) ，且有電流通過時，導體(ti) 內(nei) 的電荷載子受到洛倫(lun) 茲(zi) 力而偏向一邊，繼而產(chan) 生電壓（霍爾電壓）的現象。電壓所引致的電場力會(hui) 平衡洛倫(lun) 茲(zi) 力。通過霍爾電壓的極性，可證實導體(ti) 內(nei) 部的電流是由帶有負電荷的粒子（自由電子）之運動所造成。

在導體(ti) 上外加與(yu) 電流方向垂直的磁場，會(hui) 使得導線中的電子受到洛倫(lun) 茲(zi) 力而聚集，從(cong) 而在電子聚集的方向上產(chan) 生一個(ge) 電場，此電場將會(hui) 使後來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫(lun) 茲(zi) 力，使得後來的電子能順利通過不會(hui) 偏移，此稱為(wei) 霍爾效應。而產(chan) 生的內(nei) 建電壓稱為(wei) 霍爾電壓。

當磁場為(wei) 一交變磁場時，霍爾電動勢也為(wei) 同頻率的交變電動勢，建立霍爾電動勢的時間極短，故其響應頻率高。常用霍爾元件的材料大都是半導體(ti) ，包括N型矽（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦InAs）、鍺（Ge）、砷化镓GaAs）及多層半導體(ti) 質結構材料。

③電渦流壓力傳感器

基於(yu) 電渦流效應，由一個(ge) 移動的磁場與(yu) 金屬導體(ti) 相交，或是由移動的金屬導體(ti) 與(yu) 磁場垂直交會(hui) 所產(chan) 生。簡而言之，就是電磁感應造成的。這個(ge) 動作產(chan) 生了一個(ge) 在導體(ti) 內(nei) 循環的電流。電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應等特性，因此電渦流壓力傳(chuan) 感器可用於(yu) 靜態力檢測。

5、振弦壓力傳感器

振弦壓力傳(chuan) 感器屬於(yu) 頻率敏感型傳(chuan) 感器，這種頻率測量具有想當高的準確度，因為(wei) 時間和頻率是能準確測量的物理量參數，而且頻率信號在傳(chuan) 輸過程中可以忽略電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。同時，振弦式壓力傳(chuan) 感器還具有較強的抗幹擾能力，零點漂移小、溫度特性好、結構簡單、分辨率高、性能穩定，便於(yu) 數據傳(chuan) 輸、處理和存儲(chu) ，容易實現儀(yi) 表數字化，所以振弦式壓力傳(chuan) 感器也可以作為(wei) 傳(chuan) 感技術發展的方向之一。

振弦式壓力傳(chuan) 感器的敏感元件是拉緊的鋼弦，敏感元件的固有頻率與(yu) 拉緊力大小有關(guan) 。弦的長度是固定的，弦的振動頻率變化量可用來測算拉力的大小，即輸入的是力信號，輸出的是頻率信號。振弦式壓力傳(chuan) 感器分為(wei) 上下兩(liang) 個(ge) 部分組成，下部構件主要是敏感元件組合體(ti) 。上部構件是鋁殼，包含一個(ge) 電子模塊和一個(ge) 接線端子，分成兩(liang) 個(ge) 小室放置，這樣在接線時就不會(hui) 影響電子模塊室的密封性。

振弦式壓力傳(chuan) 感器可以選擇電流輸出型和頻率輸出型。振弦式壓力傳(chuan) 感器在運作式，振弦以其諧振頻率不停振動，當測量的壓力發生變化時，頻率會(hui) 產(chan) 生變化，這種頻率信號經過轉換器轉換為(wei) 4~20mA的電流信號。