电阻式压力传感器

电阻式压力传感器

电阻式压力传感器主要用于测量流动介质（如液体、气体）的动态或静态压力。这类传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。

膜片式压力传感器

图3-14为膜片式压力传感器，电阻应变片贴于膜片内壁。在压力 $p$ 作用下，膜片产生径向应变和切向应变，它们的大小可分别表示为

式中，$p$ 为压力，$\mu$ 为膜片材料的泊松比，$R$ 为膜片半径，$x$ 为计算点至膜片中心的径向距离，$h$ 为膜片厚度，$E$ 为膜片材料的弹性模量。

膜片式压力传感器的结构包含进气孔（P）和膜片。在压力作用下，膜片产生径向应变（${\epsilon }_{\mathrm{r}}$）和切向应变（${\epsilon }_{\mathrm{t}}$）。四个电阻（R1-R4）按特定位置粘贴于膜片上，并连接成惠斯通电桥，输入电压 $U$，输出电压 $U_0$。按本卡所给公式，${\epsilon }_{\mathrm{t}}$ 在中心处（$x=0$）最大，随 $x$ 增大而减小，在边缘处（$x=R$）为零；${\epsilon }_{\mathrm{r}}$ 在中心处与 ${\epsilon }_{\mathrm{t}}$ 相等，在 $x=R\mathrm{/}\sqrt{3}$ 处为零，在边缘处（$x=R$）达到最大且极性反转。因此，中心区域可感受较大的切向应变，边缘区域可感受较大的径向应变；具体贴片位置和桥臂编号需以实际结构图为准。

扩散型压阻式压力传感器

扩散型压阻式压力传感器核心结构采用 N 型单晶硅作为弹性元件，并在其表面通过扩散掺杂等半导体工艺形成压阻电阻。这种扩散工艺不同于金属应变片的粘贴方式，可减小因粘贴胶层引起的零漂和蠕变，具有较好的长期稳定性；但不能据此认为已消除全部零漂和蠕变。

传感器剖面包含低压腔（大气）、高压腔、硅杯、引线及硅膜片。四个扩散电阻（R1-R4）在硅膜片上有具体位置，标注了关键尺寸参数（如 $2r_0$、$2R$）及晶向（(110)、(001)）。

筒式压力传感器

筒式压力传感器用于测量较大压力。其工作原理是压力进入腔内后，筒体外表面产生环向应变。应变计算公式分两种情况：

1. 一般情况：

其中 $n=D\mathrm{/}{D}_0$（$D$ 为筒体外径，$D_0$ 为筒体内径，$D>D_0$，故 $n>1$）。

1. 对薄壁筒：

其中 $h=(D-D_0)\mathrm{/}2$。

式中，$P$ 为压力，$D$ 为筒体外径，$D_0$ 为筒体内径，$\mu$ 为材料泊松比，$E$ 为弹性模量，$h$ 为筒壁厚度。应变片粘贴在筒体外表面。

组合式压力传感器

电阻式压力传感器中，应变片不直接粘贴在压力感受元件上，而是通过膜片、膜盒、波纹管或弹簧管等敏感元件传递压力。此类传感器通常用于测量小压力，缺点是固有频率低，不适于测量瞬态过程。

AK-1型应变式脉动压力传感器采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构，具有尺寸小、安装方便、频响高、精度高的特点，适用于各种动、静态及气、液体介质的压力测量。