在工業生產、汽車電子、醫療設備等領域,應變式壓力變送器憑借高精度、高穩定性的優勢,成為測量氣體、液體壓力的核心設備。其測壓原理并非直接 “讀取” 壓力數值,而是通過一套精密的 “機械 - 電學轉化系統”,將無形的壓力信號轉化為可計量、可傳輸的電信號。本文將從核心技術原理、關鍵部件作用、信號轉化流程三個維度,拆解應變式壓力變送器的測壓邏輯。
當金屬導體被拉伸時:長度變長、截面積變小,電阻值隨之增大;
當金屬導體被壓縮時:長度變短、截面積變大,電阻值隨之減小;
關鍵規律:在彈性形變范圍內,金屬電阻的變化量(ΔR/R)與導體的形變量(應變 ε,即形變程度與原長度的比值)成線性正比關系,公式可表示為:ΔR/R = K×ε(K 為應變靈敏系數,由金屬材質決定,常見合金的 K 值約為 2~4)。
無壓力時:電橋平衡,4 個電阻臂的電阻值滿足 R1/R2 = R3/R4,輸出端電壓為 0;
有壓力時:工作應變片電阻變化,電橋平衡被打破,輸出端會產生與電阻變化量(即壓力)成正比的電壓信號(通常為毫伏級,如幾十到幾百毫伏)。
金屬膜片:薄圓形金屬片(材質多為不銹鋼、哈氏合金),壓力作用時會向低壓側彎曲,形變程度與壓力成正比,適用于中低壓測量(0~10MPa);
彈性筒:中空的金屬筒(如彈簧管、波紋管),壓力作用時會發生軸向或徑向形變,強度更高,適用于高壓測量(10~100MPa);
彈性梁:條形金屬梁,壓力通過傳壓桿傳遞到梁上,使梁發生彎曲形變,適用于微壓測量(0~1kPa)。
基底:絕緣材料(如聚酰亞胺薄膜),作用是固定敏感柵,同時隔離彈性元件與敏感柵,避免短路;
敏感柵:金屬箔或金屬絲(如銅鎳合金、鎳鉻合金),按特定形狀(如柵格狀)刻制,是產生電阻變化的核心;
引線:銅線,用于將敏感柵接入惠斯通電橋電路。
放大:將毫伏級信號放大到伏級,提高抗干擾能力;
濾波:過濾電路中的電磁干擾(如工業現場的變頻器干擾),確保信號穩定;
溫度補償:通過熱敏電阻等元件,抵消溫度變化對彈性元件、應變片的影響,避免零點漂移;
線性化修正:由于彈性元件的形變可能存在微小非線性,電路會通過軟件或硬件修正,確保輸出信號與壓力完全線性對應。
工業管道壓力監測:彈性元件采用耐腐蝕的哈氏合金膜片,應對化工介質的腐蝕;信號調理電路具備抗電磁干擾設計,適應工業現場的復雜環境;
汽車發動機油壓測量:采用小型化彈性筒,耐受發動機艙的高溫(-40~125℃);通過溫度補償電路,避免油溫變化導致的誤差;
醫療設備血壓監測:使用超薄金屬膜片,實現微壓(0~300mmHg)的高精度測量;信號調理電路采用低功耗設計,適配便攜式醫療設備。
(建議配圖:包含 “彈性元件 - 應變片 - 惠斯通電橋 - 信號調理電路” 的完整結構示意圖,標注各步驟的壓力、形變、電阻變化、電壓信號流向)
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