细数压力传感器在工业中的那些应用

　　压力传感器（Pressure Transducer）是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。就目前市场而言，压力传感器一般有差压传感器、绝压传感器、表压传感器，静态压力传感器和动态压力传感器。

　　在工业领域，压力传感器是最为常用的一种传感器，广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

　　压力传感器的工作原理

　　随着信息化以及自动化技术的进步，更多的领域希望能实时了解工作环境的现状，并及时作出应对。因而，越来越多的传感器被应用到不同的工作场景中，压力传感器也在被需求的领域发挥着重要的作用。压力传感器是如何将接收到的压力信号，转换为电信号传递出去的？我们分析了几种常见压力传感器的工作原理。

　　压阻式压力传感器：电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。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。

　　陶瓷压力传感器：基于压阻效应，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，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，和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。

　　扩散硅压力传感器：工作原理也是基于压阻效应，利用压阻效应原理，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），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，利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。

　　蓝宝石压力传感器：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，具有无与伦比的计量特性。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。此外，硅-蓝宝石半导体敏感元件在使用过程中，没有p-n漂移。

　　压电式压力传感器：压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。但是现实中实际情况往往不是这样，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

　　压力传感器在工业中的应用

　　基于其特殊的工作原理，压力传感器除了在生产测量中应用广泛以外，日常生活中，我们也能在家用电器和交通工具中看到它的身影，例如汽车、摩托车和空调等。在工业中，压力传感器主要应用于增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机、压缩机、空调制冷设备等领域。

　　1、液压系统

　　压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。当控制阀芯突然移动时，在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。在典型的行走机械和工业液压中，如果设计时没有考虑到这样的极端工况，任何压力传感器很快就会被破坏，需要使用抗冲击的压力传感器。

　　压力传感器实现抗冲击主要有2种方法，一是换应变式芯片，二是外接盘管。在液压系统中一般采用第一种方法，因为安装比较方便。此外还有一个原因是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。

　　2、安全控制系统

　　压力传感器在安全控制系统中经常被使用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。

　　传感器在安全控制领域的应用一般从性能、价格以及实际操作的安全性方便性来考虑，实践证明，压力传感器在这些方面具有非常大的优势。压力传感器利用机械设备的加工技术将元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面，体积非常小。除此之外，价格便宜也是它的一大优点。

　　在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中，通过在出气口的管道设备中安装压力传感器，能在一定程度上控制压缩机带来的压力，这不仅是一种保护措施，也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后，如果压力值未达到上限，那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。

　　3、注塑模具

　　压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内，它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。

　　4、监测矿山压力

　　传感器技术作为矿山压力监控的关键性技术之一被使用。压力传感器有多种，而基于矿山压力监测的特殊环境，矿用压力传感器主要有振弦式压力传感器、半导体压阻式压力传感器、金属应变片式压力传感器、差动变压器式压力传感器等。这些传感器在矿产行业都有广泛的应用，具体使用哪种传感器需要根据具体的采矿环境进行选择。

　　5、压缩机、空调冷设备

　　压力传感器常用于空气压力机，以及空调制冷设备，这类情况需要传感器产品外形小巧、安装方便、导压口一般采用专用阀针式设计等，而压力传感器刚好能满足要求。

　　压力传感器助力疫情防治

　　眼下，形形色色的传感器已渗透进工业制造的方方面面，每秒采集到的海量数据构成了智能物联的基础。得益于传感器的广泛应用，智能制造中的数据利用不再是一个难题，人们也能利用这些数据判断和解决现实中面临的难题。在此次全球范围内的COVID-19流行期间，压力传感器在呼吸机中就发挥了这样的作用。

　　新冠病毒感染后，呼吸困难是危重病人的典型症状。呼吸机是当下患者最需要的医疗设备，呼吸机能使肺泡在呼气末保持一定压力，增加功能残气量，防止肺泡萎陷，从而改变通气和换气功能，实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的。

　　在呼吸机运行系统中，检测病患呼吸压力的变化和振动（如打鼾）至关重要。病人呼气期间的二氧化碳水平，也可通过差压传感器进行测量计算。比如，呼吸机通过使用差压传感器可测量 2英寸水柱压力差，更好地获取患者二氧化碳输出量，以调节输入压力大小。

　　具体来说，压力传感器可将气道压力转化为差动信号，并将测量值交给电路MCU准确做出吸气和呼气判断。之后，由MCU发出指令控制进气泵，增大或者减小管道压强。使患者呼吸自然顺畅，且不会产生抵触感。