无线压力传感器是如何将压力转化为电信号的?

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压力传感器

压阻式原理

压力感知与形变:传感器内部有一个由半导体材料或金属材料制成的力敏元件,当外界压力作用于力敏元件时,它会发生形变。例如在一些工业压力测量中,当管道内压力变化施加在力敏元件上,使其产生压缩或拉伸等形变。

电阻变化:力敏元件表面通常粘贴有电阻应变片,应变片会随力敏元件的形变而发生拉伸或压缩,从而导致其电阻值发生改变 。而且这种电阻值的变化与所受到的压力大小成一定的比例关系。

电桥电路转换:一般采用惠斯通电桥电路,将电阻应变片接入电桥中。当应变片电阻变化时,电桥的平衡被打破,输出电压也随之发生变化,这个输出电压就是与压力对应的电信号。随后该电信号再经过放大、滤波等信号处理电路,进一步提高准确性和稳定性,以便于后续的测量、传输与应用。

电容式原理

电容结构与压力作用:传感器内部有两个相互绝缘的电极,形成一个电容结构,其中一个电极是可动的。当压力作用在传感器上时,可动电极会发生位移,使两极板间的距离、相对面积或介质发生变化。例如在某些高精度压力测量场景中,微小的压力变化就能使可动电极产生位移。

电容值改变:根据电容的计算公式,两极板间距离、相对面积或介质的变化会导致电容值发生改变,且电容值的变化与压力大小存在特定的函数关系。

电路转换电信号:通过配套的检测电路将电容值的变化转换为电信号。通常是将电容变化转化为电压或电流的变化,进而实现压力到电信号的转换,最后经过信号调理电路对电信号进行处理,以满足实际应用的需求。

压电式原理

压电材料的特性:利用某些晶体材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应,这些材料在受到压力作用时,内部会产生极化现象,从而在其表面产生电荷。比如在一些振动压力测量或动态压力测量的场合,压力变化会使压电材料产生相应的电荷变化。

电荷收集与转换:在压电材料的表面设置电极来收集产生的电荷,由于电荷的多少与压力大小成正比,所以收集到的电荷就代表了压力的大小。然后通过电荷放大器等电路将电荷信号转换为电压或电流信号,以便于后续的测量和处理 ,最终完成压力到电信号的转化。

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