一、压力传感器

1、一、压力力传感器器压力的定定义：物物理学将将压力定定义为“单位面面积上的的力”。从接接近于绝绝对真空空的极低低压力变变化到极极快的爆爆炸压力力峰值，我我公司都都有专门门的技术术为每一一应用领领域都提提供精确确和可靠靠的压力力测量。应用-工工业通用用压力测测量奇石缘静静态、动动态压力力测量具具有可靠靠、精确确和应用用灵活的的特点。它为各各种应用用领域提提供了压压电和压压阻式压压力传感感器及响响应的测测量系统统。奇石石缘压力力测量仪仪器在机机械工程程、航空空、化工工、研究究、交通通工程、能源及及医学领领域的应应用经受受了长期期的考验验，应用用领域相相当广泛泛。交通工程程奇石缘传传感器和和变送器器测

2、量00.230000baar的压压力（环环境温度度为-4403350），精精度等级级为0.052%FFS。这这些传感感器即使使在腐蚀蚀性截止止中也是是高度稳稳定的。典型的的应用包包括刹车车系统、一般控控制系统统、闭环环系统、安全栅栅、压缩缩机、变变速控制制系统和和液压动动力组件件。特点点/用途途： 使使用寿命命长、 载荷循循环高、 高动动态载荷荷。航 天天太空之旅旅中即使使是最微微小的误误差也会会给宇航航员带来来巨大的的生命威威胁。奇奇石缘在在这个要要求严格格的领域域中开拓拓了专门门的压力力传感器器，并通通过了大大量的系系统测试试。一个个典型应应用是监监控卫星星燃油箱箱内的压压力。特特点/用用

3、途： 极高的的灵敏度度和可靠靠的传感感器、 高达115年的的使用寿寿命，结结构坚固固和高可可靠性、 气密密设计传传感器确确保设备备免受恶恶劣环境境影响、 抗辐辐射。石油和天天然气在石油和和天然气气领域，奇奇石缘传传感器和和变送器器一般用用在海洋洋平台安安装、深深孔监测测系统、钻井设设备和高高温高压压的应用用领域。特点/用途： 防爆爆传感器器、 结结构坚固固、 耐耐高温、 精度度高。过程工业业对用于过过程工业业的传感感器来说说，最重重要的是是指标可可靠性和和耐腐蚀蚀。陶瓷瓷或耐腐腐蚀金属属因而被被选用。典型的的应用领领域非常常广泛，包包括计量量泵、高高压容器器、生物物反应器器和压缩缩机等。特点/

4、用途： 耐腐腐蚀性极极高、 测量死死区小、 防爆爆传感器器。应用-爆爆炸压力力等高压压测量奇石缘端端面密封封式高压压传感器器是世界界公认的的标准传传感器，应应用于安安全气囊囊引爆器器内爆炸炸物的开开发和武武器的试试验与开开发。特特点/用用途：由由于对安安装条件件不敏感感，测量量重复性性很高、全量程程范围的的线性都都非常好好、端面面密封和和优化的的膜片设设计使其其具有很很长的使使用寿命命、对不不洁环境境不敏感感。1) 压压电式压压力传感感器-压压电测量量技术压电式传传感器奇石缘公公司的压压电测量量技术源源于军工工，并逐逐步发展展与完善善，产品品应用领领域包括括爆炸物物理研究究、发动动机测试试、生

5、产产过程控控制、材材料试验验、道路路安全、靶场与与靶机、模态分分析等。这种传传感器已已历经了了时间的的考验，即即使在最最极端的的条件下下也能提提供可靠靠的测试试结果。现在，新新一代独独特的压压电晶体体正在越越来越多多地作为为传感器器的敏感感元件，长长期工作作温度可可达到4400以上，瞬瞬间（110个毫毫秒级）冲冲击温度度可达440000K以上上。应用领域域：压电式测测量设备备今天已已广泛地地应用与与试验室室和生产产过程。在各种种需要精精确测量量和记录录诸如压压力、力力和振动动等力学学量动态态变化的的场合中中的应用用随处可可见并不不断扩展展，目前前包括： 航空：模态分分析，风风洞和激激波管仪仪器

6、，着着陆架液液压系统统，火箭箭技术，结结构，发发射系统统以及切切削力研研究 弹道学学：燃烧烧，爆炸炸，爆破破和声压压分布 生物力力学：矫矫形医学学中步态态及姿态态，运动动，人体体工程学学，神经经学和康康复学领领域中的的多分量量力的测测量 发动机机试验：燃烧，换换气和喷喷射，示示功图和和动态应应力 工程：材料评评估，控控制系统统，反应应器，建建筑结构构，船舶舶结构，汽汽车底盘盘结构试试验，冲冲击与振振动隔离离，动态态响应试试验 工业/工厂：机器系系统，金金属切削削，压力力和冲压压力，自自动压装装过程和和设备健健康诊断断 OEMM应用：运输系系统，注注塑机，火火箭，机机床，压压缩机，发发动机，柔柔

7、性结构构，油田田钻井以以及冲击击/振动动试验仪仪。压电石英英材料：各种优异异的特性性使得石石英成为为理想的的测量元元件：可承受很很高的表表面压力力(1150NN/mmm2)、耐高温温至000、刚度度很高、线性好好、迟滞滞小、在在很宽的的温度范范围内灵灵敏度恒恒定、频频响范围围宽、可可承受几几乎无限限的载荷荷循环数数，绝缘缘阻抗非非常高(10114)。石英材料料可人工工培育，并并具有其其他测量量优点。例如，人人工培育育的石英英材料可可用于4400的温度度。可在在不同角角度切割割，获得得具有压压力或剪剪切力敏敏感 ，即即不同压压电效应应的晶片片。由于石英英晶体的的高刚度度，测量量时相应应的材料料变

8、形极极小，一一般在几几微米之之内，石石英敏感感元件的的高固有有频率特特别适合合于快速速和动态态过程的的测量，它它们不仅仅可以用用于研发发，也被被广泛用用于工业业生产和和试验过过程。由由于测量量过程中中几无形形变，所所以缓慢慢或准静静态过程程测量的的误差很很小。压电效应应压电效应应（piiezooeleectrric efffectt）前缀缀“pieezo”来自希希腊语ppiezzeinn，是“压”的意思思。居里里兄弟在在18880年发发现包括括石英在在内的某某些晶体体表面受受到机械械应力时时会变得得带电荷荷。这些些电荷与与作用在在晶体上上的力精精确地成成正比。它是以以微微库库仑计量量的（11p

9、C= 库仑仑）。由于压电电传感器器是主动动敏感元元件，它它们只能能在准静静态而不不是完全全静态测测量中产产生数据据。但它它们对极极高速的的信号拾拾取是非非常理想想的。压压电晶体体具有适适合于测测量动态态压力的的许多优优点，包包括优异异的线性性、固有有频率高高和即使使在高温温、高压压下保持持稳定的的灵敏度度。图1 石石英棒根据晶体体极轴相相对于载载荷方向向不同，分分三种不不同的压压电效应应： 纵向向效应、 剪剪切效应应、 横向效效应。纵向效应应电荷输出出产生在在力接触触表面，并并可以在在该区域域测量。在纵向向压电效效应中，电电荷量QQ只取决决于力FFx的大大小，与与晶体的的尺寸无无关。增增加电荷

10、荷的唯一一方法是是连接几几个晶体体片，机机械串联联，信号号电子并并联。输输出电荷荷量如下下： 压电系系数d111是不不同方向向上的晶晶体灵敏敏度。因因此晶体体切割的的位置决决定了石石英拉压压力传感感器的性性能和应应用领域域。产生生纵向效效应的压压电敏感感元件切切割对压压缩力敏敏感，因因此适合合于简单单和坚固固的力传传感器。剪切效应应类似于纵纵向效应应，剪切切效应中中的压电电灵感度度和压电电敏感元元件的大大小和形形状无关关。载荷荷作用下下，在压压电敏感感元件的的表面产产生电荷荷。在xx方向的的载荷作作用下，机机械串联联和信号号电子并并联的nn个敏感感元件产产生的电电荷量为为：剪切敏感感压电元元件

11、作用用于测量量剪切力力、扭矩矩与应变变的传感感器。剪剪切效应应具有对对温度和和剪切敏敏感轴垂垂直方向向上应变变不敏感感的优异异特性。横向效应应横向效应应中，作作用在yy轴方向向上的力力Fy在在相应xx轴的表表面上产产生电荷荷。与纵纵向压电电效应不不同，在在非受载载表面产产生的电电荷量与与压电敏敏感元件件的尺寸寸成正比比。假设设敏感元元件的尺尺寸为aa和b，产产生的电电荷量为为： 因此，横横向效应应在合适适的压电电敏感元元件形状状和排列列下，可可以获得得较多的的电荷。横向效效应的敏敏感元件件用于高高灵敏压压力，应应变和力力传感器器。电荷和电电压输出出奇石缘提提供电荷荷和电压压输出的的压电式式传感

12、器器。前者者需要电电荷放大大器(或或外置阻阻抗转换换器)，将将电荷信信号转变变为电压压信号。电压输输出型传传感器需需要外置置电源单单元(耦耦合器)，提供供传感器器激励电电源，并并从偏置置电压输输出中调调制出有有效信号号。传感器的的动态响响应测量压力力、力和和加速度度的压电电式传感感器可被被看成是是有阻尼尼的单自自由度弹弹簧质量量系统。在谐振振频率(fn)的1/5处的的频率响响应幅值值误差约约为5%。低通通滤波可可以减弱弱这一效效应。许许多奇石石缘信号号调节仪仪(电荷荷放大器器和信调调仪)都都具备滤滤波功能能。2) 压压阻式压压力传感感器-压压阻测量量技术 奇石缘缘压阻式式传感器器用于测测量气体

13、体和液体体以及纯纯静态的的压力、力测量量。即使使在最恶恶劣的条条件下也也能获得得精确、可重复复的测量量结果。压阻效应应压阻效应应广义是是指某些些半导体体或金属属受到机机械外力力作用时时，其电电阻值会会发生改改变。压压阻式传传感器利利用了这这一原理理，当硅硅晶体或或金属敏敏感元件件受到机机械应力力时，嵌嵌入硅片片的电阻阻阻值发发生了改改变。这这种变化化与压力力成正比比，并可可以用电电桥来测测量。集集成电路路技术使使非常小小的电阻阻电路和和有源元元件集成成在硅片片上。硅硅片还可可以设计计成如压压力膜片片一样。与传统统的金属属应变片片技术相相比，这这项技术术的主要要优点是是高灵敏敏、紧凑凑和固有有频

14、率高高。目前奇石石缘的压压阻式传传感器是是高度集集成的，电电阻嵌在在硅片的的正面，然然后从反反面刻蚀蚀硅片。这意味味着中央央部分作作为压力力膜片，边边缘部分分作为安安装面，然然后硅片片被阳极极键合在在一玻璃璃上。这这里有一一个参照照孔用于于相对压压力测量量。但是是对于绝绝对压力力测量，在在键合过过程中硅硅片和玻玻璃片之之间被抽抽成真空空。这种种设计保保证了温温度稳定定性和最最小的滞滞后。其其测量元元件极为为灵敏，非非常适合合小到中中等压力力的测量量。刚度度极高的的设计则则适用于于高压力力测量。陶瓷测测量元件件被用于于低成本本的传感感器技术术和较低低测量精精度的应应用。压阻式传传感器压阻原理理以

15、19954年年首次发发现的半半导体效效应为基基础。在在机械应应力作用用下，半半导体的的电阻值值变化比比金属大大两个数数量级。与当时时使用的的金属应应变仪方方法相比比，这个个发现开开拓了一一个全新新的应用用领域。从那时时起，其其它相近近的技术术开始出出现，如如金属上上的溅射射薄膜技技术、陶陶瓷上的的厚膜技技术等。测量元件件压阻测量量元件(如：溅溅射薄膜膜敏感元元件、厚厚膜陶瓷瓷敏感元元件、单单晶硅等等)的弹弹性膜片片在压力力作用下下产生曲曲变。金金属或半半导体电电阻元件件组成的的惠斯通通电桥被被扩散在在膜片中中。由于于电桥在在压力作作用下失失去平衡衡，从而而产生成成比例的的电压信信号输出出。应变

16、式式充油芯芯体 厚膜陶陶瓷敏感感元件静态和动动态特点点硅压阻测测量元件件具有很很好的静静态测量量特点。硅是一一种单晶晶体，能能保持弹弹性直至至断裂点点，不能能承受任任何塑性性变形。因此，硅硅元件是是非常稳稳定的，其其性能即即使经过过很长时时间也不不变化。它们的的动态特特性也很很好。由由于尺寸寸小，硅硅元件的的固有频频率很高高。根据据压力范范围不同同(膜片片厚度)，固有有频率为为15-2000kHzz。信号调理理由压阻式式传感器器产生的的实际测测量信号号是一个个由惠斯斯顿电桥桥输出的的电压值值。低噪噪声电压压放大器器不仅对对信号进进行调理理，同时时还为压压力传感感器提供供激励恒恒流和低低电压。为了达达到最大大的综合合精度，一一个典型型完整的的测