工业压力传感器种类繁多,通常按测量原理、被测压力类型和输出信号来分类。以下是最主要的类型归纳:
利用粘贴在弹性元件(如膜片、圆筒)上的金属电阻应变片,在受压变形时电阻值改变,通过电桥输出信号。
l 特点:技术成熟,结构坚固,抗冲击振动能力强,适合中高压测量。
l 细分:常见有金属箔式和溅射薄膜式。溅射薄膜式通过直接沉积在金属膜片上,没有粘贴层,稳定性极好,耐高温、耐高压。
在单晶硅膜片上采用微电子工艺扩散形成压阻电阻,受压时电阻变化直接反映压力。
l 特点:灵敏度极高,精度好,体积小,可做得很微型;但受温度影响较大,通常需内置温度补偿。
l 应用:过程控制、液压系统、便携仪器。这是目前工业中用量最大的压力传感器之一。
压力使弹性膜片与固定电极之间的距离或面积改变,引起电容变化来测量压力。
分类:
l 金属膜片电容式:过载能力强,动态响应好,常用于差压变送器。
l 陶瓷电容式:以陶瓷膜片和基座为电极,抗腐蚀性优异,量程范围宽,在食品、化工等行业广泛应用。
l 特点:功耗低,灵敏度高,适合低压力、微小压力测量。
利用石英、压电陶瓷等材料的压电效应,将压力直接转换为电荷输出。
l 特点:只能测量动态压力或脉动压力,不能测静态压力。频响极高,可测冲击波、爆炸压力。
l 应用:发动机燃烧室压力、武器膛压、动态压力测试。
以弹性元件的固有振动频率随压力变化为原理,通过测量频率来感知压力。频率是数字量,抗干扰能力极强。
l 典型形式:振弦式、硅谐振式、谐振筒式。
l 特点:精度和稳定性极高,零漂极小,是高端压力变送器(如工业标准的高精度差压变送器)的核心技术,常用于贸易计量、标准传递。
压力导致光纤中传输光的强度、波长(如光纤布拉格光栅)或干涉相位发生变化。
l 特点:本质安全,抗电磁干扰,耐高温,可远距离传输,适用于强电磁场、易燃易爆、井下等恶劣环境。
l 工业应用:石油测井、电力设备监测、桥梁结构监测。
l 霍尔式压力传感器:弹性元件带动霍尔元件在磁场中位移,输出电压信号,结构简单但精度一般。
l 电位器式:直接驱动滑动变阻器,输出大,但寿命、精度有限,多用于早期仪表。
l 陶瓷厚膜式:在陶瓷膜片上烧结厚膜电阻构成桥路,耐腐蚀、成本低,大量用于汽车、家电、通用工业。
1. 表压传感器:以当地大气压为参考零点,测的是“超出大气压的部分”,绝大多数工业场合使用。
2. 绝压传感器:以绝对真空为参考零点,如真空度测量、气压计,输出不受海拔天气影响。
3. 差压传感器:测量两个压力端口的差值,广泛用于流量计(配合节流装置)、液位计和过滤器压差监测。
1. 毫伏信号型:直接输出应变桥的mV级信号,需外接变送器调理。
2. 电压输出型:内部放大为0-5V、0-10V等标准电压,适合近距离、一般工业控制。
3. 电流输出型:通常为两线制4-20mA,可长距离传输且抗干扰,是工业现场主流。
4. 数字输出型:带HART协议叠加在4-20mA上,或直接输出RS-485、IO-Link、CAN等,便于组态诊断。
总结:若说应用最广的组合,过程工业中大都是“扩散硅压阻式或电容式,输出4-20mA+HART,测量表压/差压”;在特殊高温、动态冲击场景下,则依赖“溅射薄膜应变式”和“压电式”。