压阻效应和测量压力

帕特里克·尼登菲尔（PatrickNiedenführ），2019年2月

如今，创新的传感器技术可为您完成每项测量任务提供合适的压力传感器。您不仅可以在使用不同参考值的相对压力传感器，绝对压力传感器和差压传感器之间进行选择，而且现代压力传感器还可以让您根据不同的物理效果在不同的测量原理之间进行选择。压电和压阻效应主要用于现代压力传感器中。

 

在此博客文章中，我们将仔细研究压阻差压传感器的特殊性能和实用优势。

首先–压阻差压传感器实际如何工作？

与相对压力传感器和绝对压力传感器不同，差压传感器测量任意两个压力之间的差。压差传感器具有两个单独的压力接口（软管，螺纹或歧管）。并且-根据校准，它可以测量正压差（p1> p2）和负压差（p1 <p2）。

 

压阻效应

基于硅的压阻（基于膜片）压差传感器又由薄的硅膜片组成，在该膜片中嵌入了惠斯通电桥形式的电阻器。如果存在压力差，则隔膜会穿过，并且电阻会变形。在测量电桥中连接在一起的电阻会对这种失真产生反应，从而产生压阻效应。这改变了电阻器的电阻和电压。最后，触发一个与压力成比例的测量信号。

基于膜片的传感器技术令人兴奋的方面：

•即使最小的压力负载和压力变化，硅膜片半导体中的电阻也会非常敏感地做出反应。这使得压阻差压传感器非常精确，并且测量范围仅为几毫巴。

•硅具有单晶结构，这意味着隔膜在拉伸后始终返回其原始状态而不会变形。

 

膜片式传感器技术的令人兴奋的方面

压阻差压传感器的基本设计

比较：压阻压力传感器如何测量？

压阻式压差传感器的替代产品是压电压力传感器。与基于膜片的传感器不同，压电压力传感器由晶体盘组成。在压力下，电荷分离会在晶体中产生成比例的电压-“压电效应”。电荷放大器输出电压差，数字电路将其转换为压力的物理值。

 

比较时，压阻传感器和压电传感器均具有优势。确定使用哪种测量原理仅取决于相关应用。例如，压电传感器可以很好地承受高温和高动态压力过程，而基于膜片的差压传感器尤其具有极高的测量精度和灵敏度。

 

膜基压差传感器

First Sensor的基于膜片的压差传感器的示意图

 

使用压阻差压传感器的主要优点：

+很小的尺寸

+极其精确的测量

+出色的灵敏度

+甚至可以测量最小的压差

+大测量范围：1 mbar（100 Pa）至10 bar

+几乎没有任何材料疲劳或滞后

+极好的抗超压性

+模拟和数字接口

+高度线性的信号压力特性曲线（无气流）

新增：用于歧管安装的压阻式低差压传感器

First Sensor在新型微型歧管设计中提供了基于隔膜的低差压传感器。很小的扁平传感器覆盖1 mbar至7 bar的测量范围，是节省空间安装在歧管中的理想选择。压阻传感器具有数字信号调理，SPI接口和模拟输出信号，使其非常适合移动或便携式设备中的电池供电应用。

 

在此处阅读有关First Sensor基于膜片的微型传感器的更多信息。

 

特征：

 

•适合安装在歧管中

•表面积8 x 13毫米，高度<7毫米

•高精度和长期稳定性

•压力范围为1 mbar至7 bar

•校准和温度补偿（0–70°C）

•3.3 V或5 V电源

•15位分辨率的SPI接口

 

要求：

 

•歧管兼容压力口

•集成块外壳

•直连，以便可以用O形圈密封安装点

应用：

建议何时使用基于隔膜的压差传感器？

当压力测量需要高度灵敏，高精确度时