气体压力传感器的工作原理(压力传感器，让物体有了触觉，压阻式压力传感器的工作原理)

Posted 2023-05-30

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气体压力传感器的工作原理(压力传感器，让物体有了触觉，压阻式压力传感器的工作原理)

什么叫传感器？由敏感元件和转换元件组成的能感受规定的被测量大小的器件或装置，在感受的过程中，运用一定的物理规律和数学函数法则完成信号的相互转换。一般情况下，是按照一定规律转换成为电信号（电压或者电流或线路的通断等），信息易传输、处理、存储、显示、记录和控制。敏感元件有热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏、湿敏、声敏、色敏、味敏、放射线敏感元件十大类，可分为三大类：物理类（产生力、热、光、电、磁和声等物理效应），化学类（产生化学效应），生物类（对酶、抗体、和激素等分子有识别功能）。转换元件由电表和微电脑等组成。

最早的是结构型传感器，利用结构参量变化来感受和转化信号。

70年代的固体型传感器是利用材料某些特性制成，由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成。现代智能型传感器，采用检测技术与微电脑相结合，传感器有了一定的人工智能。

传感器能够感受力、温度、光、声、化学成分等物理量，现代传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，可实现自动检测和自动控制，传感器让物体有了触觉、味觉、嗅觉、听觉等人类的感官功能，让物体人性化、智能化。例如，光敏传感器可产生视觉，声敏传感器可产生听觉，气敏传感器可产生嗅觉，化学传感器可产生味觉，压敏、温敏、流体传感器可产生触觉。

传感器种类繁多，本文为科普读者通俗介绍压阻式（半导体和陶瓷式）压力传感器的工作原理。

由于金属导体的电阻值由材料金属导体的电阻率（Ω•m2/m）、导体的截面积（m2）、导体的长度（m）、温度因素决定的，所以，当半导体电阻受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，电阻值就会发生改变，只要测出加在电阻两端的电压或线路中电流值就可以知道压力大小的变化。

压阻式压力传感器工作原理。压力使半导体薄片表面产生变形，其电阻发生变化，引起电路中的电流变化或者电压重新分配，这样，压力、电阻、电流（电压）就形成一一对应的数学函数关系，通过智能计算就可以知道被测量的压力大小，举例子说明如下。

如下图是测量压力的电子秤，由电源、保护电阻R0、理想电压表、压敏电阻R组成一个电路，电压表的指针可显示测量的压力值，压敏电阻R阻值与压力大小的函数关系是在制作传感器之前在实验室中经过无数次实验数据而得到的统计值，下表是一个传感器的参考值。

在坐标系中描出上表中电阻R随压力F变化关系图线，并归纳出R与 F之间的函数关系式。根据这个关系，就可以把电压表的电压值“偷梁换柱”为压力值，如果是正比例关系，其刻度是均匀的，否则，是不均匀的。如果把这个规律输入电脑中，电脑就可以自动计算并显示压力值，这就是智能压力传感器了。

下面也是一个压力传感器的原理图，读者自己可以尝试说说其工作原理吗？

陶瓷压力传感器，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，压力直接作用在陶瓷膜片的表面，使膜片产生微小的形变，由于压敏电阻阻值的变化，使与其连接的惠斯通电桥产生一个电阻与压力高度成正比的电压信号（根据压力量程不同有2.0V、3.0 V、 3.3 mv等）。此类型的压力传感器具有高温稳定性、时间稳定性、测量精度高、抗腐蚀等优点，工作温度可达-40～135℃，可与绝大多数介质直接接触。

压力传感器是工业中最为常用的一种传感器，广泛应用于自控环境，涉及水利水电、智能建筑、铁路交通、航空航天、生产自控、石化、油井、军工、电力、机床、船舶、管道等行业。