一、定義：
壓力傳感器是用于測量液體與氣體的壓強(qiáng)的傳感器。與其他傳感器類似，壓力傳感器工作時(shí)將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出。
二、壓力傳感器分類：
壓力傳感器在使用的技術(shù)，設(shè)計(jì)，性能表現(xiàn)，工作適應(yīng)條件與價(jià)格上有很大的差異。初略估計(jì)，全世界有60種以上技術(shù)的壓力傳感器和至少300家企業(yè)生產(chǎn)壓力傳感器。
壓力傳感器可以通過它們所能測量的壓強(qiáng)范圍，工作溫度以及壓強(qiáng)類型而進(jìn)行分類；其中重要的是壓強(qiáng)類型。若依壓強(qiáng)類型分類的方式中，壓力傳感器可以分為以下五類：
①、壓力傳感器：
這種壓力傳感器量測流體的壓強(qiáng)，也就是相對于真空壓強(qiáng)下的壓強(qiáng)。海平面上的大氣壓力是101.325kPa（14.7?PSI）。
②、表壓力傳感器（gauge pressure sensor）：
這種壓力傳感器可以量測某一特定的位置下，相對大氣壓的壓強(qiáng)，胎壓計(jì)就是一個(gè)例子，當(dāng)胎壓計(jì)顯示讀數(shù)為0PSI，表示輪胎內(nèi)部的壓力等于大氣壓力，為14.7PSI。
③、真空壓力傳感器：
這種壓力傳感器用來量測小于一大氣壓的壓強(qiáng)，工業(yè)界有些真空壓力傳感器的讀值是相對于一大氣壓（讀值為負(fù)值），而有些是以其壓力為準(zhǔn)。
④、壓差計(jì)：
此儀器用來量測二個(gè)壓強(qiáng)之間的壓強(qiáng)差，例如量測濾油器兩端的壓力差，壓差計(jì)也用來量測流量或量測壓力容器內(nèi)的液面高度。
⑤、密封壓力傳感器：
此儀器和表壓力傳感器類似，不過此儀器會經(jīng)過特別的校正，其量測的壓強(qiáng)是相對海平面的壓強(qiáng)。
若根據(jù)結(jié)構(gòu)與原理的不同，可分為：應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式壓力傳感器等。此外還有光電式、光纖式、超聲式壓力傳感器等。
1、應(yīng)變式壓力傳感器
應(yīng)變式壓力傳感器是一種通過測量各種彈性元件的應(yīng)變來間接測量壓力的傳感器。根據(jù)制作材料的不同，應(yīng)變元件可以分為金屬和半導(dǎo)體兩大類。應(yīng)變元件的工作原理基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。
當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長度和截面積都會發(fā)生變化，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會變大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻兩端的電壓的變化，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。
2、壓阻式壓力傳感器
壓阻壓力傳感器是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。它又稱為擴(kuò)散硅壓阻壓力傳感器，它不同于粘貼式應(yīng)變計(jì)需通過彈性敏感元件間接感受外力，而是直接通過硅膜片感受被測壓力的。
壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應(yīng)（Piezoresistive effect）。壓阻效應(yīng)是用來描述材料在受到機(jī)械式應(yīng)力下所產(chǎn)生的電阻變化。不同于壓電效應(yīng)，壓阻效應(yīng)只產(chǎn)生阻抗變化，并不會產(chǎn)生電荷。
大多數(shù)金屬材料與半導(dǎo)體材料都被發(fā)現(xiàn)具有壓阻效應(yīng)。其中半導(dǎo)體材料中的壓阻效應(yīng)遠(yuǎn)大于金屬。由于硅是現(xiàn)今集成電路的主要原料，以硅制作而成的壓阻性元件的應(yīng)用就變得非常有意義。硅的電阻變化不單是來自與應(yīng)力有關(guān)的幾何形變，而且也來自材料本身與應(yīng)力相關(guān)的電阻，這使得其程度因子大于金屬數(shù)百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個(gè)導(dǎo)帶谷對的位移所造成不同遷移率的導(dǎo)帶谷間的載子重新分布，進(jìn)而使得電子在不同流動方向上的遷移率發(fā)生改變。其次是由于來自與導(dǎo)帶谷形狀的改變相關(guān)的等效質(zhì)量(effective mass)的變化。在P型硅中，此現(xiàn)象變得更復(fù)雜，而且也導(dǎo)致等效質(zhì)量改變及電洞轉(zhuǎn)換。
壓阻壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時(shí)敏感芯體沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態(tài)（稱為零位），當(dāng)傳感器受壓后芯片電阻發(fā)生變化，電橋?qū)⑹テ胶狻Ｈ艚o電橋加一個(gè)恒定電流或電壓電源，電橋?qū)⑤敵雠c壓力對應(yīng)的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉(zhuǎn)換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經(jīng)過放大后，再經(jīng)過電壓電流的轉(zhuǎn)換，變換成相應(yīng)的電流信號，該電流信號通過非線性校正環(huán)路的補(bǔ)償，即產(chǎn)生了輸入電壓成線性對應(yīng)關(guān)系的4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。
為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳感器都采用溫度補(bǔ)償措施使其零點(diǎn)漂移、靈敏度、線性度、穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)保持較高水平。
3、電容式壓力傳感器
電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。
單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補(bǔ)償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態(tài)高壓和對飛行器進(jìn)行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。
差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個(gè)固定電極之間，構(gòu)成兩個(gè)電容器。在壓力的作用下一個(gè)電容器的容量變大而另一個(gè)則相應(yīng)減小，測量結(jié)果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時(shí)膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實(shí)現(xiàn)對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。
4、壓電式壓力傳感器
壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應(yīng)（Piezoelectric effect），利用電氣元件和其他機(jī)械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)測量工作的測量準(zhǔn)確儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。
壓電傳感器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測量當(dāng)中，原因是受到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無限大的輸入抗阻的時(shí)候，才可以得以保存下來。但是實(shí)際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應(yīng)用在動態(tài)的測量當(dāng)中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)就是在石英上發(fā)現(xiàn)的。
當(dāng)應(yīng)力發(fā)生變化的時(shí)候，電場的變化很小很小，其他的一些壓電晶體就會替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度的，但是，它只可以使用在室內(nèi)的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體，它可以在很高的濕度和很高的溫度的環(huán)境中使用，所以，它的應(yīng)用是非常廣泛的。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也已經(jīng)在多晶體上得到應(yīng)用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nèi)。
壓電效應(yīng)可分為：正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。
正壓電效應(yīng)是指：當(dāng)晶體受到某固定方向外力的作用時(shí),內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象,同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應(yīng)制成的。
逆壓電效應(yīng)是指對晶體施加交變電場引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象，又稱電致伸縮效應(yīng)。用逆壓電效應(yīng)制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基本形式。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這 5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(yīng)。
5、電感壓力傳感器
電磁壓力傳感器是多種利用電磁原理的傳感器統(tǒng)稱，主要包括電感壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、電渦流壓力傳感器等。
電感式壓力傳感器的工作原理是由于磁性材料和磁導(dǎo)率不同，當(dāng)壓力作用于膜片時(shí)，氣隙大小發(fā)生改變，氣隙的改變影響線圈電感的變化，處理電路可以把這個(gè)電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的信號輸出，從而達(dá)到測量壓力的目的。該種壓力傳感器按磁路變化可以分為兩種：變磁阻和變磁導(dǎo)。電感式壓力傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于靈敏度高、測量范圍大；缺點(diǎn)就是不能應(yīng)用于高頻動態(tài)環(huán)境。
變磁阻式壓力傳感器主要部件是鐵芯跟膜片。它們跟之間的氣隙形成了一個(gè)磁路。當(dāng)有壓力作用時(shí)，氣隙大小改變，即磁阻發(fā)生了變化。如果在鐵芯線圈上加一定的電壓，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測出壓力。
在磁通密度高的場合，鐵磁材料的導(dǎo)磁率不穩(wěn)定，這種情況下可以采用變磁導(dǎo)式壓力傳感器測量。變磁導(dǎo)式壓力傳感器用一個(gè)可移動的磁性元件代替鐵芯，壓力的變化導(dǎo)致磁性元件的移動，從而磁導(dǎo)率發(fā)生改變，由此得出壓力值。
6、霍爾壓力傳感器
霍爾壓力傳感器是基于某些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)制成的?；魻栃?yīng)是指當(dāng)固體導(dǎo)體放置在一個(gè)磁場內(nèi)，且有電流通過時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產(chǎn)生電壓（霍爾電壓）的現(xiàn)象。電壓所引致的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性，可證實(shí)導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶有負(fù)電荷的粒子（自由電子）之運(yùn)動所造成。
在導(dǎo)體上外加與電流方向垂直的磁場，會使得導(dǎo)線中的電子受到洛倫茲力而聚集，從而在電子聚集的方向上產(chǎn)生一個(gè)電場，此電場將會使后來的電子受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得后來的電子能順利通過不會偏移，此稱為霍爾效應(yīng)。而產(chǎn)生的內(nèi)建電壓稱為霍爾電壓。
當(dāng)磁場為一交變磁場時(shí)，霍爾電動勢也為同頻率的交變電動勢，建立霍爾電動勢的時(shí)間短，故其響應(yīng)頻率高。理想霍爾元件的材料要求要有較高的電阻率及載流子遷移率，以便獲得較大的霍爾電動勢。常用霍爾元件的材料大都是半導(dǎo)體，包括N型硅(Si)、銻化銦(InSb)、砷化銦InAs)、鍺(Ge)、砷化鎵GaAs)及多層半導(dǎo)體質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，N型硅的霍爾系數(shù)、溫度穩(wěn)定性和線性度均較好，砷化鎵溫漂小，目前應(yīng)用。
7、電渦流壓力傳感器
基于電渦流效應(yīng)的壓力傳感器。電渦流效應(yīng)是由一個(gè)移動的磁場與金屬導(dǎo)體相交，或是由移動的金屬導(dǎo)體與磁場垂直交會所產(chǎn)生。簡而言之，就是電磁感應(yīng)效應(yīng)所造成。這個(gè)動作產(chǎn)生了一個(gè)在導(dǎo)體內(nèi)循環(huán)的電流。
電渦流特性使電渦流檢測具有零頻率響應(yīng)等特性，因此電渦流壓力傳感器可用于靜態(tài)力的檢測。
8、振弦式壓力傳感器
振弦式壓力傳感器屬于頻率敏感型傳感器，這種頻率測量具有想當(dāng)高的準(zhǔn)確度，因?yàn)闀r(shí)間和頻率是能準(zhǔn)確測量的物理量參數(shù)，而且頻率信號在傳輸過程中可以忽略電纜的電阻、電感、電容等因素的影響。同時(shí)，振弦式壓力傳感器還具有較強(qiáng)的抗干擾能力，零點(diǎn)漂移小、溫度特性好、結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、性能穩(wěn)定，便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲，容易實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，所以振弦式壓力傳感器也可以作為傳感技術(shù)發(fā)展的方向之一。
振弦式壓力傳感器的敏感元件是拉緊的鋼弦，敏感元件的固有頻率與拉緊力的大小有關(guān)。弦的長度是固定的，弦的振動頻率變化量可用來測算拉力的大小，即輸入是力信號，輸出的是頻率信號。振弦式壓力傳感器分為上下兩個(gè)部分組成，下部構(gòu)件主要是敏感元件組合體。上部構(gòu)件是鋁殼，包含一個(gè)電子模塊和一個(gè)接線端子，分成兩個(gè)小室放置，這樣在接線時(shí)就不會影響電子模塊室的密封性。
振弦式壓力傳感器可以選擇電流輸出型和頻率輸出型。振弦式壓力傳感器在運(yùn)作式，振弦以其諧振頻率不停振動，當(dāng)測量的壓力發(fā)生變化時(shí)，頻率會產(chǎn)生變化，這種頻率信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器可以轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號。
三、壓力傳感器的應(yīng)用：
采用壓力傳感器可以直接將被測壓力變換成各種形式的電信號，便于滿足自動化系統(tǒng)集中檢測與控制的要求，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
壓力傳感器在很多監(jiān)測與控制應(yīng)用中得到大量的使用。除了直接的壓力測量，壓力傳感器同時(shí)也可用于間接測量其他量，如液體/氣體的流量，速度，水面高度或者海拔高度。        同時(shí)，也有一類的壓力傳感器設(shè)計(jì)用于動態(tài)測量高速變化的壓強(qiáng)。示例的應(yīng)用有引擎氣缸的燃燒壓力或者渦輪發(fā)動機(jī)中氣體的壓強(qiáng)監(jiān)測。這樣的傳感器一般以壓電材料制造，例如石英。
一些壓力傳感器，例如應(yīng)用于交通執(zhí)行照相機(jī)中的，則以二進(jìn)制方式運(yùn)行，也就是，當(dāng)壓力達(dá)到某數(shù)值，則傳感器控制接通或斷開電路，這類型的壓力傳感器也被稱作壓力開關(guān)。        主要應(yīng)用如下：
1、應(yīng)用于液壓系統(tǒng)
壓力傳感器在液壓系統(tǒng)中主要是來完成力的閉環(huán)控制。當(dāng)控制閥芯突然移動時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)會形成幾倍于系統(tǒng)工作壓力的尖峰壓力。在典型的行走機(jī)械和工業(yè)液壓中，如果設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到這樣的工況，任何壓力傳感器很快就會被破壞。需要使用抗沖擊的壓力傳感器，壓力傳感器實(shí)現(xiàn)抗沖擊主要有2種方法，一種是換應(yīng)變式芯片，另一種方法是外接盤管，一般在液壓系統(tǒng)中采用一種方法，主要是因?yàn)榘惭b方便。此外還有一個(gè)原因是壓力傳感器還要承受來自液壓泵不間斷的壓力脈動。
2、應(yīng)用于控制系統(tǒng)
壓力傳感器在控制系統(tǒng)中經(jīng)常應(yīng)用，主要針對的領(lǐng)域是空壓機(jī)自身的管理系統(tǒng)。在控制領(lǐng)域有很多傳感器應(yīng)用，壓力傳感器作為一種非常常見的傳感器，在控制系統(tǒng)中應(yīng)用也不足為奇。
在控制領(lǐng)域應(yīng)用一般從性能方面來考慮，從價(jià)格上的考慮，還有從實(shí)際操作的性方便性來考慮，實(shí)際證明選擇壓力傳感器的效果非常好。壓力傳感器利用機(jī)械設(shè)備的加工技術(shù)將一些元件以及信號調(diào)節(jié)器等裝置安裝在一塊很小的芯片上面。所以體積小也是它的優(yōu)點(diǎn)之一，除此之外，價(jià)格便宜也是它的另一大優(yōu)點(diǎn)。在一定程度上它能夠提高系統(tǒng)測試的準(zhǔn)確度。在控制系統(tǒng)中，通過在出氣口的管道設(shè)備中安裝壓力傳感器來在一定程度上控制壓縮機(jī)帶來的壓力，這算是一定的保護(hù)措施，也是非常有效的控制系統(tǒng)。當(dāng)壓縮機(jī)正常啟動后，如果壓力值未達(dá)到上限，那么控制器就會打開進(jìn)氣口通過調(diào)整來使得設(shè)備達(dá)到大功率。
3、應(yīng)用于注塑模具
壓力傳感器在注塑模具中有著重要的作用。壓力傳感器可被安裝在注塑機(jī)的噴嘴、熱流道系統(tǒng)、冷流道系統(tǒng)和模具的模腔內(nèi)，它能夠測量出塑料在注模、充模、保壓和冷卻過程中從注塑機(jī)的噴嘴到模腔之間某處的塑料壓力。
4、應(yīng)用于監(jiān)測礦山壓力
壓力傳感器有多種，而基于礦山壓力監(jiān)測的特殊環(huán)境，礦用壓力傳感器主要有：半導(dǎo)體壓阻式壓力傳感器、金屬應(yīng)變片式壓力傳感器、差動變壓器式壓力傳感器等。這些傳感器在礦產(chǎn)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，具體使用哪種傳感器還要根據(jù)具體的采礦環(huán)境進(jìn)行選擇。
5、應(yīng)用于壓縮機(jī)，空調(diào)冷設(shè)備
壓力傳感器常用于空氣壓力機(jī)，以及空調(diào)制冷設(shè)備，這類傳感器產(chǎn)品外形小巧、安裝方便、導(dǎo)壓口一般采用專用閥針式設(shè)計(jì)。