媒質中的平面電磁波
[拼音]：yali chuanganqi
[英文]：pressure transducer
能感受流體壓力併產生與此壓力成線性關係的電訊號的測試裝置，它與記錄儀器相配合可以精確、快速地測量靜態壓力或脈動壓力，並能進行遠距離傳輸和訊號變換，因此，在空氣動力學、流體力學、爆炸力學、燃燒物理等學科以及工程安全防護和動力機械等技術領域內有廣泛應用。
壓力感測器一般由三個主要部件組成：
（1）彈性元件，將流體壓力轉換成機械運動或變形；
（2）敏感元件，將彈性元件的運動或變形轉換成電量的變化；
（3）保護外殼，保護彈性元件和敏感元件，並與被測物件相固接。壓力感測器的主要技術指標有：
（1）測量範圍，感測器可以測量的壓力上限和下限；
（2）靈敏度，感測器輸出電量與壓力的比值；
（3）誤差，感測器輸出量對壓力真實值的偏差，包括非線性、遲滯和漂移；
（4）自振頻率，將感測器看成一個二階自由振動系統時，由它的等效剛度和等效質量決定的自由振動頻率，有時也可以用響應時間來表示。脈動壓力的測量要求感測器具有儘可能高的自振頻率或短的響應時間。
壓力感測器按工作原理可分為：電阻式、應變式(包括壓阻式)、晶體式、電容式、電磁式和諧振式六類。
電阻壓力感測器
利用電阻隨壓力變化而改變的原理實現壓力測量。這類壓力感測器大多采用一個彈性元件來確定滑線電阻的中心觸頭位置，而該段電阻上的電壓降正比於觸頭的位移。當電阻兩端加上恆定電壓時，觸頭上的電壓則隨電阻改變而變化。另一種型別電阻壓力感測器使用碳堆。在膜盒內盛滿碳粒，膜片受力時導致碳粒接觸面積發生變化，從而使盒兩端電阻發生變化。這種壓力感測器已用於傳聲話筒。由於在電阻壓力感測器中有慣性較大的機械運動，因此它們的響應速度很低，已被其他型別的壓力感測器取代。仍在使用的壓敏電阻通常用錳銅絲繞制或腐蝕而成。由於它的靈敏度較差，一般只應用於10000千克力/釐米2(1千克力/釐米2=9.81×104帕)以上的高壓測量中。
應變壓力感測器
是利用應變測量技術發展起來的感測器，已得到廣泛應用。作用原理是，通過彈性元件（平膜片、波紋膜片、波紋管或彈性筒等）將壓力轉換成應變，用粘在彈性元件上的應變片作敏感元件，將應變轉換成電訊號。 圖1是典型的膜片應變式壓力感測器原理示意圖。四個等電阻值(R1=R2=R3=R4)的應變片粘在平膜片內側，兩個位於膜片的拉應力區，另外兩個處於壓應力區，它們相對於膜片中心呈對稱分佈。這四個電阻構成惠斯通電橋，並由交流電源或恆流、恆壓電源供電。當膜片受到外力作用時，四個應變片的電阻值改變，使電橋失去平衡，輸出一個與壓力成正比的電壓訊號。這類壓力感測器的優點是：測量誤差小（可達0.01％），效能可靠，工藝簡單，易於製造；缺點是靈敏度的提高受到頻率響應的限制。
利用半導體積體電路工藝製成的矽膜片固體壓阻式壓力感測器是應變壓力感測器的重大進展。這種感測器是用一個直徑和厚度比很大的矽環代替傳統的金屬膜片作彈性元件，四個等值電阻用半導體積體電路工藝直接刻在矽環上。目前已能生產出壓力感受面積直徑只有數毫米的微型壓力感測器，其最大壓力量程達3500千克力/釐米2（343兆帕）。自振頻率為幾百千赫，甚至達到兆赫量級，並有較寬的使用溫度範圍(-50～120℃)。缺點是溫度穩定性較差。
晶體壓力感測器
這類感測器是目前最有效和最常用的脈動壓力測量儀器。它利用晶體在某一特定軸向受力時產生電荷的壓力效應，其電荷量與外界壓力成正比。具有壓電效應的天然晶體有：石英、電氣石和羅謝耳鹽等，合成的單晶體有鈮酸鋰，合成的多晶體（又稱壓電陶瓷）有：鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛(PZT)和鋯鈦錫酸鉛(ZTS)。石英的溫度穩定性極好，一般可用它製成耐高溫高壓的壓力感測器；電氣石的側向靈敏度小而對靜水壓力有良好響應，故常用作水下或空氣自由場壓力感測器的敏感元件；人造晶體的靈敏度要比天然晶體高几十至幾百倍，價格低廉，但機械強度和穩定性較差。
晶體壓力感測器通常用膜片、圓杆等作為彈性元件，但也可使晶體直接受力。圖2是常用的膜片式晶體壓力感測器和空氣自由場式晶體壓力感測器的結構圖。晶體壓力感測器的優點是：有極高的自振頻率（高達1000千赫），測量範圍達5000千克力／釐米2（490兆帕），輸出電荷（或電壓）較高。由於輸出阻抗很高（大於1013歐姆），通常總是需要一個阻抗變換器與記錄儀表相連線。
電容壓力感測器
大多用一個金屬膜片來感受壓力，該膜片同時又作為電容器的一個極板，電容器的另一個極板是固定的。壓力的任何變化都將改變金屬膜片與固定極板之間的距離，從而改變系統的電容量。如果感測器的電容作為振盪器諧振迴路的一部分，那麼壓力的變化將改變振盪器的振盪頻率；如果該電容是諧振放大器的一部分，則得到電壓幅度的變化。這類感測器的優點是：有極寬的測量範圍，可測量10-7千克力／釐米2（9.81×10-3帕）至幾百千克力／釐米2（幾十兆帕）。
磁壓力感測器
分為磁阻式和電感式兩種。在這類感測器中，彈性元件(例如平膜片)是磁路的一部分，因此壓力變化引起彈性元件的位移就轉換成磁阻或電感量的變化。 圖3示出一種典型的差動變磁阻式壓力感測器的結構。流體壓力經管道作用於膜片時，膜片由於壓力差p1-p2而變形，改變了氣隙的尺寸，即改變了磁路的磁阻，使兩個線圈的電感發生相應變化。電感的變化通過測量電橋轉換成電壓輸出。
諧振式壓力感測器
任何一種固定幾何形狀的彈性元件（例如弦、板、筒或圓柱體）都具有某一固定的自由振動頻率，這一頻率是彈性體的質量、剛度等參量的函式。當外界壓力使彈性元件的剛度改變時，自振頻率也就相應地改變，頻率變化量與外界壓力成正比。這類壓力感測器包括彈性元件、激振線圈（或電極）和電子線路。電子線路通過激振線圈將電能供給彈性元件以維持其作等幅振動，電路的諧振頻率就是彈性元件的自振頻率。感測器輸出隨壓力變化而變化的電訊號頻率極易用數字式頻率計精確測出。普遍用於精密石英頻率標準的石英諧振器就是一種極好的壓力敏感元件，用它製成的壓力感測器，誤差只有0.01％。
參考書目
南京航空學院、北京航空學院合編：《感測器原理》，國防工業出版社，北京，1980。
D.M.Considine，ed.， ProcessInstruments and Controls Handbook，2nd ed.， McGraw-Hill，New York，1957.