选择供水压力传感器：原理与选型详解

压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器，通常又把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。它一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。

在恒压供水中应用的压力传感器主要有陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器等，但其工作原理基本一致。

压力传感器是由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件，它是压力传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的黏和剂紧密的黏合在产生力学应变的基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A-D转换和CPU）显示或执行机构。

图9-7所示是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，在不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧。

在压阻式传感器中，惠斯通电桥是最重要的一步，它是采用比较法对未知电阻进行测量的（见图9-8）。测量时选择一定的比例臂数值（R₁/R₂）并将电桥量的调整平衡，就可以将待测电阻（R_x）与标准电阻（R₀）进行比较，从而确定待测电阻的阻值。

如果是陶瓷压力传感器，则压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。

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图9-7 压阻式传感器电阻应变片

如果是扩散硅压力传感器，被测介质的压力直接作用于传感器的不锈钢膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器敏感元件的电阻值发生变化，同时用惠斯通电桥等回路转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。图9-9所示为压力传感器的外观。

图9-8 压阻传感器的惠斯通电桥

图9-9 压力传感器外观