压力传感器是工业实践中zui为常用的一种传感器，其广
应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能
建筑、生产自控、航空航天、*、石化、油井、电力、船
舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感
器原理及其应用
1 、应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体
应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器
、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传
感器等。但应用的是压阻式压力传感器，它具有极
低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要
介绍这类传感器。
  在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片
这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成
为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组
成部分之一。电阻应变片应用zui多的是金属电阻应变片和半
导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔
状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘
合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电
阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而
使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的
阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通
过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是
A/D 转换和CPU ）显示或执行机构。
   金属电阻应变片的内部结构
如图1 所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、
金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根
据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电
阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同
时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，
使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过
于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁*力较
差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随
机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金
属导体的电阻值可用下式表示：
式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω。cm2/m ）
S ——导体的截面积（cm2 ）
L ——导体的长度（m ）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长
度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻
值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度
增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作
用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要
测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可
获得
应变金属丝的应变情
2 、陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在
陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷
在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于
压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度
线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压
力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应
变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度
稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0 ～70℃，并可
以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种*的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动
的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作
温度范围高达-40 ～135 ℃，而且具有测量的高精度、高稳
定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高
特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在
欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来
越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
3 、扩散硅压力传感器原理及应用
工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈
钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传
感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转
换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
原理图
4 、蓝宝石压力传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理，采用硅- 蓝宝石作为半导体敏感
元件，具有的计量特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和
蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝
石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC 以内），因此，
利用硅- 蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感
，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗
辐射特性*；另外，硅- 蓝宝石半导体敏感元件，无p-n
漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确
保了高成品率。
用硅- 蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，
可在zui恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好
、温度误差极小、性价比高。
表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和
钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝
宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接
收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一
起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变
被硅- 蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变
化的幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥
的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5 ，4-20mA或0-5V
）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基
极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压
力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。
5 、压电压力传感器原理与应用
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠
和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压
电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，
压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完
全消失（这个高温就是所谓的 “居里点”）。由于随着应
力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石
英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的
压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的
环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高
温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包
括钛酸钡压电陶瓷、PZT 、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压
电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用
于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有
无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的
，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电
式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单
、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加
速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲
击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域
中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动
机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事
工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛
压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压
力，也可以用来测量微小的压力。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室
导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压
力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛