基于電磁原理壓力傳感器的相關(guān)知識

基于電磁原理的各種傳感器統(tǒng)稱為感應(yīng)壓力傳感器、霍爾壓力傳感器、渦流壓力傳感器等。

感應(yīng)式壓力傳感器的工作原理是，由于磁性材料和磁導(dǎo)率的不同，當(dāng)壓力作用在膜片上時，氣隙大小發(fā)生變化，氣隙的變化影響線圈電感的變化。處理電路可以將電感的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的信號輸出，從而達到測量壓力的目的。根據(jù)磁路的變化，壓力傳感器可分為變磁阻和變磁導(dǎo)率兩種類型。感應(yīng)式壓力傳感器的優(yōu)點是靈敏度高，測量范圍寬。缺點是不能應(yīng)用于高頻動態(tài)環(huán)境。

可變磁阻壓力傳感器的主要部件是鐵芯和膜片。它們之間的氣隙形成了磁路。有壓力時，氣隙變化，也就是磁阻變化。如果在鐵芯線圈上施加一定的電壓，電流會隨著氣隙的變化而變化，從而測量壓力。

當(dāng)磁通密度較高時，鐵磁材料的磁導(dǎo)率不穩(wěn)定，可以用變磁導(dǎo)率壓力傳感器來測量?？勺兇艑?dǎo)率壓力傳感器使用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)生變化，從而獲得壓力值。

霍爾壓力傳感器是基于一些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)是指固體導(dǎo)體置于磁場中，有電流通過時，導(dǎo)體中的電荷載流子被洛倫茲力偏置到一側(cè)，進而產(chǎn)生電壓(霍爾電壓)的現(xiàn)象。電壓引起的電場力會平衡洛倫茲力。通過霍爾電壓的極性，可以證明導(dǎo)體內(nèi)部的電流是由帶負(fù)電的粒子(自由電子)運動引起的。

對導(dǎo)體施加垂直于電流方向的磁場，會使導(dǎo)體中的電子受到洛倫茲力的作用而聚集，從而產(chǎn)生電子聚集方向的電場。這個電場會使后面的電子在電力的作用下，平衡磁場產(chǎn)生的洛侖茲力，使后面的電子可以順利通過而不產(chǎn)生偏差，這就是所謂的霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的內(nèi)置電壓稱為霍爾電壓。

磁場為交變磁場時，霍爾電動勢也是同頻率的交變電動勢，建立霍爾電動勢的時間極短，因此其響應(yīng)頻率高。理想霍爾元件的材料需要更高的電阻率和載流子遷移率，以獲得更大的霍爾電動勢。常用的霍爾元件的材料多為半導(dǎo)體或多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料。

基于渦流效應(yīng)的壓力傳感器。渦流效應(yīng)是由運動磁場和金屬導(dǎo)體的相交引起的，或者是由運動金屬導(dǎo)體和磁場的垂直相交引起的?？傊请姶鸥袘?yīng)效應(yīng)造成的。這個動作會在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流。

渦流特性使渦流檢測具有零頻率響應(yīng)，因此渦流壓力傳感器可用于靜電力檢測。

振弦式壓力傳感器是一種頻率敏感型傳感器，這種頻率測量精度很高，因為時間和頻率是可以精確測量的物理參數(shù)，在頻率信號的傳輸過程中可以忽略電纜電阻、電感、電容等因素的影響。同時，振弦壓力傳感器還具有抗干擾能力強、零點漂移小、溫度特性好、結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲方便、易于實現(xiàn)儀器數(shù)字化等優(yōu)點，因此振弦壓力傳感器也可以成為傳感技術(shù)的發(fā)展方向之一。

振弦式壓力傳感器的敏感元件是繃緊的鋼繩，敏感元件的固有頻率與張力有關(guān)。弦的長度是固定的，弦振動頻率的變化可以用來測量張力，即輸入是力信號，輸出是頻率信號。振弦壓力傳感器由上下兩部分組成，下部主要由敏感元件組成。上部組件為鋁殼，內(nèi)裝電子模塊和接線端子，分為兩個腔室，接線時不會影響電子模塊腔室的密封性。

振弦式壓力傳感器可選擇電流輸出型和頻率輸出型。振弦壓力傳感器處于工作模式，振弦以其共振頻率不斷振動。當(dāng)測得的壓力改變時，頻率也會改變。這個頻率信號可以通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號。

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