數(shù)字壓力傳感器和數(shù)字壓力開關(guān)的工作原理
在許多系統(tǒng)中，機(jī)械壓力開關(guān)被電子版本取代。這些數(shù)字壓力開關(guān)提供多種附加功能，例如數(shù)字顯示和電子調(diào)節(jié)開關(guān)點(diǎn)的可能性。數(shù)字壓力開關(guān)主要基于電子壓力變送器。這為開關(guān)提供了發(fā)射器的完整功能。使用集成壓力開關(guān)可以執(zhí)行簡單的控制任務(wù)。可以使用數(shù)字顯示器或I/O鏈接單獨(dú)設(shè)置開關(guān)點(diǎn)。
一、電子壓力測量原理
需要電子壓力傳感器來檢測壓力（變化）并將其高精度轉(zhuǎn)換為電信號。電信號用于表示壓力的大小（變化）。下面討論主要的四個原則。
二、電阻壓力測量
電阻壓力測量使用與撓度相關(guān)的電導(dǎo)體電阻。該原理使得可以將依賴于壓力的偏轉(zhuǎn)與電阻相關(guān)聯(lián)。為此，適用以下關(guān)系：
如果導(dǎo)體的長度由于拉力而增加，則橫截面積減小。電阻與橫截面積成反比。這意味著電阻隨著橫截面的減小而增加。
使用此原理的壓力傳感器通常有一個隔膜，上面放置了四個金屬應(yīng)變計(jì)。它們分布在伸長和壓縮區(qū)域。因此，阻力根據(jù)隔膜的偏轉(zhuǎn)（壓縮或伸長）而變化。為了精確測量，使用惠斯通測量電橋。
三、壓阻式壓力測量
壓阻式壓力測量原理類似于前面提到的電阻式測量原理。然而，壓阻原理利用了半導(dǎo)體材料。除了橫截面積發(fā)生變化外，它們的電阻率還會因變形而發(fā)生變化，這稱為壓阻效應(yīng)。這種影響對于導(dǎo)電金屬來說是微不足道的，但對半導(dǎo)體（如硅）有顯著影響。這些半導(dǎo)體材料集成在隔膜內(nèi)。這使得隔膜和應(yīng)變儀都可以是相同的半導(dǎo)體材料。通常，四個應(yīng)變計(jì)嵌入并連接到惠斯通電橋。
半導(dǎo)體材料不適用于廣泛的介質(zhì)。因此，必須保護(hù)審查材料。這是通過使用金屬膜和諸如油之類的傳輸介質(zhì)將壓力間接傳遞到半導(dǎo)體來完成的。
壓阻式壓力傳感器的一個優(yōu)點(diǎn)是它們可以用于非常低的壓力范圍。一個缺點(diǎn)是對溫度和制造相關(guān)變化的強(qiáng)烈依賴性。這要求每個傳感器都必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
四、電容式壓力測量
該原理基于電容器的電容測量。雙板電容器的電容使用以下關(guān)系式計(jì)算：
這個原理是使用兩個板來實(shí)現(xiàn)的。由于壓力變化引起的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致板之間的間隔發(fā)生變化。由于面積和介電常數(shù)是恒定的，電容僅取決于極板間距。這導(dǎo)致傳感器的高靈敏度。這使得電容式壓力傳感器適用于或非常低的壓力范圍（一位數(shù)mbar范圍）。由于可移動的膜片可以向上偏轉(zhuǎn)到固定板，因此確保了傳感器的高過載安全性。
五、壓電式壓力測量
請注意，這是與壓電電阻壓力測量不同的原理。該原理基于在某些非導(dǎo)電晶體（如單晶石英）中發(fā)現(xiàn)的壓電效應(yīng)。由于施加的壓力或張力，晶體的相對表面分別帶正電和負(fù)電。這是由帶電的晶格元素中的感應(yīng)位移引起的。位移導(dǎo)致產(chǎn)生表面電荷的電偶極矩。
表面之間的電壓差是可測量的，并且可以轉(zhuǎn)換為壓力變化。壓電式壓力測量僅適用于動態(tài)壓力測量。這些傳感器僅限于特定應(yīng)用。
