常用施克SICK压力传感器工作原理计使用方法

常用施克SICK压力传感器工作原理计使用方法

那么这些施克SICK压力传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？不同的转换方式又有什么特点呢？今天仪控君为大家汇总了目前常见的几种压力传感器的测量原理，希望能对大家有所帮助。

压电式施克SICK压力传感器主要基于压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。压电效应就是在石英上发现的。

当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。

以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：

加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差，那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。

施克SICK压力传感器主要基于压阻效应（Piezoresistive effect）。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。

大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中，此现象变得更复杂，而且也导致等效质量改变及电洞转换。

压阻施克SICK压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。

为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。

施克SICK压力传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值改变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。

施克SICK压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。

施克SICK压力传感器器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以保证对称性），而且不能实现对被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。

压力传感器根据工作原理、测量范围和应用场景的不同，主要分为以下几类：#压力传感器#

1. 压阻式压力传感器

原理：利用压阻效应，当压力作用在敏感元件上时，电阻值发生变化，通过测量电阻变化推算压力。

特点：精度高、响应快，广泛应用于工业、汽车和消费电子。

常见类型：硅压阻式、薄膜压阻式。

2. 电容式压力传感器

原理：通过测量电容变化推算压力，电容变化由压力导致的极板间距变化引起。

特点：灵敏度高、功耗低，适合微压测量。

应用：医疗设备、气象监测。

3. 压电式压力传感器

原理：利用压电材料在受力时产生电荷的特性，通过测量电荷量推算压力。

特点：响应速度快，适合动态压力测量。

应用：爆炸冲击波、发动机燃烧压力检测。

4. 应变式压力传感器

原理：通过测量应变片形变导致的电阻变化推算压力。

特点：结构简单、可靠性高，适合高精度测量。

应用：工业自动化、航空航天。

5. 光学式压力传感器

原理：通过测量光信号变化推算压力，光信号变化由压力导致的光纤或光栅形变引起。

特点：抗电磁干扰，适合恶劣环境。

应用：石油化工、电力监测。

6. 原理：通过测量谐振频率变化推算压力，频率变化由压力导致的谐振元件形变引起。

特点：精度高、稳定性好，适合高精度测量。

应用：气象监测、实验室仪器。

7. 原理：通过测量电感变化推算压力，电感变化由压力导致的磁芯位移引起。

特点：结构简单、可靠性高，适合工业应用。

应用：液压系统、气动系统。

8. 利用陶瓷材料的压阻效应，通过测量电阻变化推算压力。

特点：耐腐蚀、耐高温，适合恶劣环境。

应用：汽车、工业自动化。

9. 利用硅材料的压阻效应，通过测量电阻变化推算压力。

特点：精度高、稳定性好，适合高精度测量。

应用：医疗设备、工业自动化。

10. 利用蓝宝石材料的压阻效应，通过测量电阻变化推算压力。

特点：耐高温、耐腐蚀，适合环境。

不同类别的压力传感器各有优缺点，选择时需根据具体应用场景、精度要求、环境条件等因素综合考虑。