壓力傳感器應用全解析，工業(yè)領(lǐng)域必不可少

壓力傳感器是最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力傳感器的應用。

一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統通常分為三個(gè)部分：檢測、控制、執行。工業(yè)設備作為自動(dòng)化系統的控制對象，必須能與其它兩個(gè)部分相兼容，提供壓力傳感器接口，使之成為一個(gè)完整的有機整體。無(wú)論是單機自動(dòng)化或還是大型自動(dòng)化裝置，都應該保護控制對象，使之用途發(fā)揮達到最大。

壓力傳感器在稱(chēng)重系統中的應用

在工業(yè)控制技術(shù)的商用稱(chēng)重系統中，壓力傳感技術(shù)越來(lái)越多的被應用。

在很多壓力控制過(guò)程中，經(jīng)常需要采集壓力信號， 轉換成能夠進(jìn)行自動(dòng)化控制的電信號。

以壓力傳感器制作的壓力控制裝置一般稱(chēng)為電子稱(chēng)重系統，電子稱(chēng)重系統作為各種工業(yè)過(guò)程中物料流動(dòng)的在線(xiàn)控制工具顯得越來(lái)越重要。電子稱(chēng)重系統既能組合在產(chǎn)品制造過(guò)程中優(yōu)化生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能把有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程中物料流動(dòng)的數據加以采集并傳送到數據處理中心，作為在線(xiàn)庫存控制和財務(wù)結算之用。

在稱(chēng)重的過(guò)程自動(dòng)化控制中，要求壓力傳感器不僅能感知重力信號，而且其性能必須可靠、動(dòng)態(tài)響應性要好、抗干擾性能要好；壓力傳感器提供的信號經(jīng)檢測系統可以直接顯示、記錄打印、存儲或用于反饋調節控制。

通過(guò)集成技術(shù)將壓力傳感器與測量線(xiàn)路集成在一起，使得整個(gè)裝置的體積大大減??；另外屏蔽技術(shù)的發(fā)展，也將使得稱(chēng)重壓力傳感器的抗干擾能力得到保障，使得稱(chēng)重過(guò)程的自動(dòng)化控制程度進(jìn)一步得到提高。

壓力傳感器在石化行業(yè)中的應用

壓力傳感器是石化行業(yè)自動(dòng)控制中使用最多的測量裝置之一。在大型的化工項目中，幾乎包含了所有壓力傳感器的應用：差壓、絕壓、表壓、高壓、微差壓、高溫、低溫，以及各種材質(zhì)及特殊加工的遠傳法蘭式壓力傳感器。

幾乎石化行業(yè)對壓力傳感器的需求主要集中在可靠性、穩定性和高精度3個(gè)方面。其中，可靠性和許多附加需求，如，量程比、總線(xiàn)類(lèi)型等，依賴(lài)變送器的結構設計、機械加工工藝水平和結構材料。壓力變送器的穩定性和高精度則主要由壓力傳感器的穩定性和測量精度保證。

與壓力變送器的測量精度相對應的是壓力傳感器的測量精度和響應速度，與壓力變送器的穩定性相對應的是壓力傳感器的溫度特性和靜壓特性以及長(cháng)期穩定性。石化行業(yè)對壓力傳感器的需求就體現在測量精度、快速響應、溫度特性和靜壓特性、長(cháng)期穩定性4個(gè)方面。

微壓力傳感器是采用半導體材料和MEMS工藝制造的新型壓力傳感器，具有精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)特性好、體積小、耐腐蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。純單晶硅的材料疲勞小，采用這種材料制造的微壓力傳感器的長(cháng)期穩定性好。同時(shí)，微壓力傳感器易于與微溫度傳感器集成，增加溫度補償精度，大幅提高傳感器的溫度特性和測量精度。

如果將2個(gè)微壓力傳感器集成，又可以實(shí)現靜壓補償，從而提高壓力傳感器的靜壓特性。如今，微壓力傳感器具有許多傳統壓力傳感器不具備的優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿(mǎn)足石化行業(yè)對壓力傳感器的需求。

壓力傳感器在水處理中的應用

我國的環(huán)保水處理行業(yè)， 近些年得到快速的發(fā)展，并且未來(lái)前景廣闊。在供水和污水處理工藝中有賴(lài)于使用壓力傳感器為系統保護和質(zhì)量保證提供重要控制和監測手段。

壓力傳感器將壓力（一般指液體或氣體的壓力）轉換為電信號輸出，該壓力電信號也可進(jìn)而用于測量靜態(tài)流體的液位，因此可用來(lái)測量液位。壓力傳感器的敏感組件主要有硅杯敏感元件、硅油、隔離膜片和導氣管組成，被測介質(zhì)壓力P通過(guò)隔離膜片和硅油傳遞到硅杯元件的一側（見(jiàn)圖），大氣參考壓po通過(guò)導氣管作用到硅杯元件的另一側，硅杯元件是一個(gè)底部加工得很薄 的杯形單晶硅片。杯底膜片在壓力P和Po做用下產(chǎn)生位移極小的彈性變形，單晶硅是理想的彈性體，其變形與壓力成嚴格的正比關(guān)系，而且復原性能又極好。

硅膜片上用半導體擴散工藝形成的四個(gè)橋路電阻布置成方形，當硅膜片受到壓力產(chǎn)生變形時(shí)，處于對角線(xiàn)上的二電阻受壓應力，而另為二個(gè)電阻受張應力，由于擴散硅的壓阻效應，使相對的二個(gè)電阻阻值增大，二另為二個(gè)電阻阻值減小。如果在A(yíng)－A二端上加上電壓，則C－D間就有一個(gè)P－Po差壓成正比的電壓信號輸出。

壓力傳感器在智能手機中的應用

壓力傳感器在智能手機上用來(lái)測量大氣壓，但測量大氣壓對于普通的手機用戶(hù)來(lái)說(shuō)又有什么作用呢？

海拔高度測量

對于喜歡登山的人來(lái)說(shuō)，都會(huì )非常關(guān)心自己所處的高度。海拔高度的測量方法，一般常用的有2種方式，一是通過(guò)GPS全球定位系統，二是通過(guò)測出大氣壓，然后根據氣壓值計算出海拔高度。

由于受到技術(shù)和其它方面原因的限制，GPS計算海拔高度一般誤差都會(huì )有十米左右，而如果在樹(shù)林里或者是在懸崖下面時(shí)，有時(shí)候甚至接收不到GPS衛星信號。

而氣壓的方式可選擇的范圍會(huì )廣些，而且可以把成本可以控制在比較低的水平。另外像Galaxy Nexus等手機的壓力傳感器還包括溫度傳感器，它可以捕捉到溫度來(lái)對結果進(jìn)行修正，以增加測量結果的精度。

所以在智能手機原有GPS的基礎上再增加壓力傳感器功能，可以讓三維定位更加精準。

輔助導航

現在不少開(kāi)車(chē)人士會(huì )用手機來(lái)進(jìn)行導航，但在高架橋里導航常常會(huì )出錯。比如在高架橋上時(shí)，GPS無(wú)法判斷你是橋上還是橋下而造成的錯誤導航。

而如果手機里增加一個(gè)壓力傳感器就不一樣了，他的精度可以做到1米，這樣就可以很好的輔助GPS來(lái)測量出所處的高度，錯誤導航的問(wèn)題也就解決了。

室內定位

由于在室內無(wú)法很好的接收GPS信號，所以當使用者進(jìn)入一幢很厚的樓宇時(shí)，內置感應器可能會(huì )失去衛星的信號，所以無(wú)法識別用戶(hù)的地理位置，并且無(wú)法感知垂直高度。而如果手機加上壓力傳感器再配合加速度計、陀螺儀等技術(shù)就可以做到精準的室內定位。

壓力傳感器在醫療行業(yè)中的應用

隨著(zhù)醫療設備市場(chǎng)的發(fā)展，對壓力傳感器在醫療行業(yè)中使用提出了更高的要求，如精度、可靠性、穩定性、體積等都需要加以改進(jìn)。 壓力傳感器在微創(chuàng )導管消融術(shù)和體溫傳感器測量中有著(zhù)較好的應用。

微創(chuàng )手術(shù)不僅可以減少手術(shù)部位的創(chuàng )傷，而且大大減輕患者的疼痛，恢復過(guò)程也很快。能達到這樣的要求，除了醫生的手術(shù)操作經(jīng)驗之外，還與各種醫療監測設備?，F在很多用于此操作的醫療器械都是微小的，像各種各樣的導管和消融設備。導管包括熱稀釋導管、尿道管、食管導管和中心靜脈導管和顱內壓力容器等，它們除具有導電功能，導管在溫度或壓力傳感器，患者的病理檢查和微創(chuàng )手術(shù)的順利進(jìn)行提供了重要保障，溫度和壓力參數是成功操作的關(guān)鍵參數。

傳感器能夠放置在靠近患者的位置對于許多應用來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，比如在透析應用中，準確地測量透析液和靜脈壓力就非常重要。壓力傳感器必須能夠精確地監測透析液和血液的壓力以確保其維持在所設定的范圍內。

此類(lèi)型應用需求傳感器必須外形小巧且能夠耐受液體介質(zhì)。在許多情況下，與液體介質(zhì)不兼容的傳感器需要額外安裝部件來(lái)保護它，增加了產(chǎn)品的體積、費用以及復雜性。液體介質(zhì)耐受力在監測病人呼吸時(shí)顯得特別重要，因為此處的傳感器必須能夠承受病人的咳嗽和呼出的潮濕空氣。

MEMS壓力傳感器在多種應用領(lǐng)域得到大量使用

MEMS壓力傳感器是一種薄膜元件，受到壓力時(shí)變形?？梢岳脩儍x（壓阻型感測）來(lái)測量這種形變，也可以通過(guò)電容感測兩個(gè)面之間距離的變化來(lái)加以測量。這兩種方法都很流行。

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)仍然是MEMS壓力傳感器的最大應用領(lǐng)域，占其銷(xiāo)售額的72％，其次是醫療電子占12％，工業(yè)領(lǐng)域占10％，消費電子與軍用航空占據其余的6％市場(chǎng)。

在汽車(chē)領(lǐng)域，引擎管理是其主要應用，包括汽油發(fā)動(dòng)機中的歧管空氣壓力傳感器和柴油車(chē)中的共軌壓力傳感器，尤其是在歐洲。為了改善燃燒情況，有些組織也在研究可以在汽缸內工作的壓力傳感器，以更好地測量參與化學(xué)反應的各種物質(zhì)的準確比例，并把數據反饋給引擎管理系統。

由于工作環(huán)境惡劣，汽車(chē)傳感器的價(jià)格比消費類(lèi)傳感器高得多。另外，汽車(chē)傳感器需要較長(cháng)的鑒定時(shí)間，而且這些傳感器必須能可靠工作長(cháng)達15年的時(shí)間。有些傳感器，比如剎車(chē)或輪胎壓力傳感器，對于汽車(chē)安全至關(guān)重要。

MEMS壓力傳感器在汽車(chē)中的一個(gè)新應用是傳動(dòng)系統壓力感測，通常用于自動(dòng)裝置之中，但也用于新型雙離合器傳動(dòng)系統。德國廠(chǎng)商博世最近進(jìn)入該市場(chǎng)，推出了一款MEMS解決方案，使用油來(lái)保護硅薄膜，使其可以最高耐受70巴的壓力。多孔硅的MEMS器件，也已用于目前的側面氣囊等應用之中。

在醫療市場(chǎng)，壓力傳感器主要充當外科手術(shù)使用的一次性低成本導管。但它們也用于昂貴的設備之中，在連續氣道正壓通氣（CPAC）機中感測壓力與差流。這些器件潛力巨大，可能在2015年以后成為可植入傳感器?？芍踩雮鞲衅鞑恍枰姵鼐湍芄ぷ?，可以用于心臟測量和監測青光眼。

在工業(yè)領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器的主要應用包括采暖通風(fēng)及空調（HVAC）、水平面測量、各種工業(yè)過(guò)程與控制應用。例如，除了精確的高度氣壓測量，飛機使用傳感器監測引擎、襟翼等其它部件。

在過(guò)去的幾年中，壓力傳感器市場(chǎng)取得了迅速進(jìn)展，對競爭格局產(chǎn)生了積極影響，為市場(chǎng)引入了新的參與者并擴大了市場(chǎng)現有參與者的范圍。