压力传感器原理Word文档格式.docx
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它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。
压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。
压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。
也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。
它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广。
除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。
工作原理
半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力（压力）使薄片变形而产生压电阻抗效果，从而使阻抗的变化转换成电信号。
静电容量型压力传感器，是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，将通过外力（压力）使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。
（E8Y的动作原理便是静电容量方式，其他机种采用半导体方式）。
温度传感器压力传感器
适用范围
用于对人体有创血压如动脉压、中心静脉压、肺动脉压、左冠状动脉压多种压力进行监测，直接获得血压这一生理参数，为临床对疾病的诊断、治疗和预后估计提供客观依据。
结构规格
选用医用级聚碳酸脂、聚氯乙烯作为传感器主体及测压连接管的材料。
包装规格为CH-DPT-248、CH-DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ。
安装程序
1）连接压力传感器系统前打开监护仪。
2）采用消毒措施打开包装，确认所有的接口安全密封以及三通阀等辅件工作状态良好。
注意：
连接接头时，不要拧得太紧。
常规/医用压力传感器FOP-M
3）旋塞阀的所有通口都应盖有孔的保护帽，直到传感器系统内注满肝素生理盐水溶液和排尽气泡后，才更换成无孔的保护帽。
4）把压力传感器连接到监护仪上，按照监护仪说明把监护仪调零。
a）如无法调零，请更换传感器重新调零；
如果调零不成功，请检查电缆连线、监护仪等是否正常。
b）在安装DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ传感器时，要用颜色编码来鉴别血压类型：
红色---动脉压；
蓝色---中心静脉压；
黄色---肺动脉压；
绿色---左冠状动脉压；
白色---其他。
5）用肝素生理盐水冲洗管路，并排尽管路中的空气。
管路不得有气泡残留。
6）待所有管路中填充肝素生理盐水后，将传感器系统连接到人体。
药液填充
1）遵照医师说明，在一个密闭的输液袋中准备肝素生理盐水（通常是0.9%的生理盐水加一定体积的水成肝磷脂）。
2）打开已消毒好的传感器包，核实所有的接头均是安全的且所有的三通阀旋纽均是在所期望的位置。
3）将输液器插头插入输液袋中，打开流量调节器（滚动止流夹），轻轻挤压输液袋，同时挤压传感器冲洗阀，直到将所有空气都排出输液器及所有管路。
4）关闭流量调节器（滚动止流夹），将输液器放入压力护套中并悬挂在距离病人约2英尺高的挂杆上。
此时不要给输液袋加压。
5）仔细检查系统中所有充入液体的部分，确认所有的气泡均已被排出。
6）将输液袋加压到300mmHg，如果仍有气泡残留在系统中，挤压冲洗阀除去系统中所有的空气。
7）将系统中三通阀的所有未使用的通道上的保护帽全部换成无孔保护帽。
8）将传感器系统连接到病人身上，再次冲洗系统以便除去管路中的血液。
为避免冲洗时气泡或管路中的血液凝血回到患者，要确保管路中冲入液体并且允许少量血液通过导管回流的现象。
调零校准
1）建议将压力传感器及其三通阀置于腋中线水平，这个三通是用来通气和传感器调零的。
2）核准三通阀上的保护帽为有孔的，将传感器与监护仪连接起来，并按照监护仪说明，将传感器在大气条件下调零。
3）监护仪调零后，关闭三通阀与空气连通口，并盖上无孔保护帽。
浙江辰和医疗
4）用方波检测系统的动力反应。
动力反应测试应在冲洗管路、排尽气泡并与患者相连接调零和校准等一系列操作后实施。
系统需要大约一分钟的平衡过程，然后施行小滴量检查冲洗阀是否良好，用肉眼观察是否有泄露。
安装30分钟后要定期检查，确保输液袋压力正常、流量正常并无泄露。
因任何小的泄露可能导致监护仪读数错误。
5）系统调零校准正常后，按需要进行动态监测。
使用禁忌
对已知出血性疾病者应特别注意。
连续使用不得超过7天。
工业压力传感器
实际应用
CBM-2100投入型压力传感器
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。
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。
它是压阻式应变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粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，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。
医学常用的压力参数有：
血压、颅内压、眼内压、肠内压、肺泡压等，其中最常规的测量内容是血压（BloodPressure,BP）。
医学上测量的血压有动脉压、静脉压和心内压（包括心室压、心房压）等，每种压力信号又包括：
收缩压、舒张压、平均压。
血管内的血液在血管壁单位面积上垂直作用的力，称为血压。
当人的心脏收缩时，动脉内的压力最高，此时内壁的压力称为收缩压，亦称高压；
心室舒张时，主动脉压下降，在心舒末期动脉血压的最低值称为舒张压，也称为低压。
血压的测量，就是采用某种方法检测和记录血压的收缩压、舒张压等数e以及测量血压的动态变化。
血压的数值一舱表示为绝对压力与大气压之差。
血压测量的压力范围为0～300mmHg。
皿压测量的频串范围通常为0～20Hz。
在常规的临床检查中，常常采用人工方式，使用由气袖、压力计和听诊5B等部分组成肋脉K计，间接测量人体的收缩压和舒张压。
与此同时在心血管功能检查、病人监护、生理实验、以及体格检查中，广泛使用带有各种血压传感器的电血压计，尽管这种仪器十分的准确，技术十分成熟，但是仍存在诸如携带不方便，读数困难，患者基本不能自测等弊病。
德国的赫曼腕式血压计，通过大规模集成电路，通过往腕带中充气加压，再通过传感器使得压力信号转化成为电信号，这样不仅大大缩小了总体积，还配上一个脉搏传感器，就可以在测量血压的同时完成测量心跳，单位换算等诸多功能，十分方便，为患者自行诊断提供了可能。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
金属导体的电阻值可用下式表示：
式中：
ρ——金属导体的电阻率（Ω。
cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，
CBM-3000通用型压力传感器
从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。
陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作
鼎兴压阻式压力传感器
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。
通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。
陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。
电气绝缘程度>
2kV，输出信号强，长期稳定性好。
高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
扩散硅压力传感器原理及应用
工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与
TBP-1扩散硅无腔压力传感器
介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
原理图
蓝宝石压力传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；
蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；
蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；
蓝宝石的抗辐射特性极强；
另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。
用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
表压压压力传感器和变送器由双膜片构成：
钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。
印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。
被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。
在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。
在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。
压电压力传感器原理与应用
由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐
渐被其他的压电晶体所替代。
磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
结构
金属电阻应变片的内部结构
如图1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
DX140微型压力传感器
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，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左右。
原则
现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。
当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。
测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。
1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。
因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：
量程的大小；
被测位置对传感器体积的要求；
测量方式为接触式还是非接触式；
信号的引出方法，有线或是非接触测量；
传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2、灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。
因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。
但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。
因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。
当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；
如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
3、频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。
4、线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。
以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。
传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。
当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
5、稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。
影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。
因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
6、精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。
传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。
这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；
如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。
自制传感器的性能应满足使用要求。
市场
咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。
调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。
就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。
一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。
流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。
传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）传感器、生物传感器等新兴传感器。
其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。
目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。
有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。
新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。
应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。
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。
金属电阻应变片的内部结构
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：
ρ——金属导体的电阻率（Ω·
cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。
当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。
只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情。
陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，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
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