隨著自動化技術的進步，在工業設備中，除了液柱式壓力計、彈性式壓力表外，目前更多的是采用可將壓力轉換成電信號的壓力變送器和傳感器。那麽這些壓力變送器和傳感器是如何將壓力信號轉換為電信號的呢？不同的轉換方式又有什麽特點呢？今天電工學習網小編為大家匯總了目前常見的幾種壓的測量原理，希望能對大家有所幫助。
一、壓電壓力傳感器
壓電式壓力傳感器主要基於壓電效應（Piezoelectric effect），利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中，原因是受到外力作用後的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實際上並不是這樣的。因此壓電傳感器隻可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。

當應力發生變化的時候，電場的變化很小很小，其他的一些壓電晶體(ti) 就會(hui) 替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電係數和壓電靈敏度的，但是，它隻可以使用在室內(nei) 的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體(ti) ，它可以在很高的濕度和很高的溫度的環境中使用，所以，它的應用是非常廣泛的。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的材料製作而成的，而當壓電材料受到外力作用的時候，它的表麵會(hui) 形成電荷，電荷會(hui) 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) 所受到的外力成正比關(guan) 係的電量輸出。它是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。它有很多優(you) 點：重量較輕、工作可靠、結構很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等。但是它也存在著某些缺點：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一係列的防潮措施，而輸出電流的響應又比較差，那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，讓儀(yi) 器更好地工作。
二、壓阻壓力傳(chuan) 感器
壓阻壓力傳(chuan) 感器主要基於(yu) 壓阻效應（Piezoresistive effect）。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) 上述壓電效應，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。其中半導體(ti) 材料中的壓阻效應遠大於(yu) 金屬。由於(yu) 矽是現今集成電路的主要，以矽製作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義(yi) 。的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。N型矽的電阻變化主要是由於(yu) 其三個(ge) 導帶穀對的位移所造成不同遷移率的導帶穀間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由於(yu) 來自與(yu) 導帶穀形狀的改變相關(guan) 的等效質量(effective mass)的變化。在P型矽中，此現象變得更複雜，而且也導致等效質量改變及電洞轉換。

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) 生了輸入電壓成線性對應關(guan) 係的4～20mA的標準輸出信號。
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。
三、電容式壓力傳(chuan) 感器
電容式壓力傳(chuan) 感器是一種利用電容作為(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。
四、電磁壓力傳(chuan) 感器
多種利用電磁原理的傳(chuan) 感器統稱，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。
電感壓力傳(chuan) 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。
霍爾壓力傳(chuan) 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。理想霍爾元件的材料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率，以便獲得較大的霍爾電動勢。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，N型矽的霍爾係數、溫度穩定性和線性度均較好，砷化镓溫漂小，目前應用。
電渦流壓力傳(chuan) 感器

基於(yu) 電渦流效應的壓力傳(chuan) 感器。電渦流效應是由一個(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，就是電磁感應效應所造成。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) 靜態力的檢測。
五、振弦式壓力傳(chuan) 感器
振弦式壓力傳(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) 拉緊力的大小有關(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可以轉換為(wei) 4~20mA的電流信號。