应变式压力传感器

应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。 电阻应变片有金属（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。 被测压力使应变片产生形变。 当应变片产生压缩形变时，其阻值减小；当应变片产生拉伸应变时，其阻值增加。 应变片阻值的变化，再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压强，从而组成了应变片压强计。

图2．24所示的是一种应变片压力传感器的原理。 应变筒1的上端与外壳3固定在一起，下端与不锈钢密封膜片2接触，应变片为康铜丝，应变片R1，R2用特殊胶合剂贴紧在应变筒外壁。R1沿应变筒轴向贴放，作为测量片；R2沿径向贴放，作为温度补偿片。应变片与筒体之间不发生相对滑动，并保持电气绝缘。 当被测压力p作用于膜片而使应变筒作轴向收压变形时，沿轴向贴放的应变片R1也将产生轴向压缩应变ε1，于是R1的阻值变小；而沿径向贴放的应变片R2，由于本身受到横向压缩将引起纵向拉伸应变ε2，于是R2的阻值增大。但由于ε2比ε1要小，故实际上R1的减小量将比R2的增大量为大。

应变片R1，R2与两个固定电阻R3，R4组成桥式电路，如图2．24（b）所示。由于R1和R2的阻值变化而使桥路失去平衡，从而获得不平衡电势ΔU作为传感器的输出信号，在桥路供给直流稳压电源为10V时，可得最大ΔU为5m V的输出。 传感器的被测压强可达25MPa。 由于传感器的固有频率在25000Hz以上，故有较好的动态性能，使用于快速变化的压强测量。传感器的非线性及滞后误差小于额定压强的1％。

图2．24 应变片压力传感器示意图

1—应变筒；2—密封膜片；3—外壳

除了应变片压力传感器外，还有压阻式压力传感器。 压阻式压力传感器是以单晶硅片为测压元件，利用单晶硅的压阻效应构成的。 当压强发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压强成比例的变化，在通过桥式电路获得相应的输出电压信号。压阻式压力传感器具有工作可靠、精度高、频率相应高、滞后小、尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可以适应恶劣环境下的工作。

无论是应变片压力传感器，还是压阻式压力传感器，采用桥式电路时，输出的电势信号都是模拟信号。 由于动态信号更能揭示被测系统的本质，因此将压力传感器的输出信号输入A／D转换板，把模拟信号转化为可以被计算机识别和采集的数字信号，再编制相应采样软件，则可以实现动态压力信号的采集和分析。