压力变送器组成结构及原理详解

压力变送器概述

压力变送器是一种能够将压力信号转换为电信号的仪器仪表，*应用于工业过程控制、航空、医疗等领域。压力变送器按照其组成结构和工作原理的不同，可以分为两类：膜片式压力变送器和硅式压力变送器。这两类压力变送器在工作原理、性能指标、应用领域等方面各有特点，以下将对其组成结构、工作原理、性能参数等方面进行详细介绍和对比。

膜片式压力变送器

膜片式压力变送器是目前应用**的一种压力变送器类型，其主要组成结构包括传感器、放大器、温度补偿电路、零点调整电路、输出显示电路等部分。

传感器

膜片式压力变送器的传感器通常采用金属薄膜压力敏感元件，该元件由两层金属薄膜和中间层绝缘膜组成，当受到外部压力作用时，金属薄膜会发生形变，从而改变其电阻值，利用这一特性可以将压力信号转换为电信号。

放大器

由于传感器输出的电信号非常微弱，因此需要通过放大器来增强信号。放大器通常采用运算放大器（OP Amp）来设计，通过调节反馈电路可以控制放大器的增益，从而实现对输入信号的线性放大。

温度补偿电路

金属薄膜压力敏感元件的电阻值会随温度变化而漂移，这会导致压力变送器的输出信号不稳定。温度补偿电路的作用是补偿温度漂移对压力信号的影响，通常采用热敏电阻（Thermistor）来检测温度变化，并通过温度补偿电路对压力信号进行修正。

零点调整电路

零点调整电路的作用是校准压力变送器的零点输出，以确保在无压力输入的情况下，变送器的输出为零。零点调整电路通常采用电位器来调节，用户可以通过旋转电位器来调整输出信号的零点。

输出显示电路

输出显示电路的作用是将压力变送器的输出信号转换为易于阅读的电压或电流信号，并显示在仪表盘上。输出显示电路通常采用数模转换器（DAC）来实现，并可以通过设置量程来控制输出信号的范围。

工作原理

膜片式压力变送器的工作原理是基于薄膜压力敏感元件的电阻效应。当压力作用在薄膜上时，薄膜会发生形变，从而导致其电阻值发生变化。通过测量电阻值的变化，就可以计算出压力的大小。压力敏感元件的一侧与测量介质相连，另一侧与密封真空腔相连。当被测压力作用于敏感元件时，会导致其膜片变形，从而改变其电容值。压力变送器内部的电子电路可以检测到电容值的变化，并将其转换为对应的电信号输出。

性能参数

膜片式压力变送器具有较高的精度和稳定性，典型精度可达0.075%FS，稳定性可达0.1%FS/年。其响应时间通常在10毫秒以内，适用于动态压力测量。膜片式压力变送器可以测量正压和负压，压力范围可达-1～100MPa，过载能力可达150%FS。此外，膜片式压力变送器具有较好的抗振动和抗冲击能力，可以适应恶劣的工业环境。

适用领域

膜片式压力变送器适用于对精度和稳定性要求较高的应用场景，例如工业过程控制、实验室测试、医疗设备等领域。此外，由于其具有较好的动态响应特性，因此也*应用于需要测量动态压力的场合，例如发动机测试、流体输送监控等。

硅式压力变送器

硅式压力变送器是近年来发展起来的一种新型压力变送器，其传感器采用硅材料制成的压力敏感元件，具有尺寸小、重量轻、精度高等特点。硅式压力变送器的主要组成结构包括传感器、信号调理电路、温度补偿电路、线性化电路等部分。

传感器

硅式压力变送器的传感器采用硅材料制成的压力敏感元件，该元件利用硅片受到压力作用时产生的物理效应来测量压力。硅式压力传感器的工作原理有压阻效应、电容效应和压电效应等。压阻效应是目前应用**的一种原理，其工作原理是基于在硅片上沉积一层压阻薄膜，当受到压力作用时，压阻薄膜的电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化可以计算出压力的大小。

信号调理电路

信号调理电路的作用是将传感器输出的电信号进行放大、滤波和线性化处理。由于硅式压力传感器的输出信号非常微弱，因此需要通过信号调理电路来增强信号。信号调理电路通常采用低噪声放大器（LNA）和运算放大器（OP Amp）来设计，以实现对信号的放大、滤波和线性化。

温度补偿电路

与膜片式压力变送器类似，硅式压力变送器也需要温度补偿电路来补偿温度漂移对压力信号的影响。硅式压力传感器的温度补偿电路通常集成在信号调理电路中，利用温度传感器检测温度变化，并通过温度补偿算法对压力信号进行修正。

线性化电路

线性化电路的作用是校准压力变送器的输出特性，以实现输入压力和输出信号之间的线性关系。由于硅式压力传感器的输出特性通常不是线性的，因此需要通过线性化电路来进行修正。线性化电路通常采用查表法或计算公式法来实现。

工作原理

硅式压力变送器的工作原理是基于硅材料的物理效应。当压力作用于硅片上时，硅片会发生形变，这种形变可以通过压阻效应、电容效应或压电效应来检测。以压阻效应为例，当硅片受到压力作用时，压阻薄膜的电阻值会发生变化，压力传感器可以检测到电阻值的变化，并将其转换为电信号输出。

性能参数

硅式压力变送器具有精度高、尺寸小、重量轻等特点。其典型精度可达0.1%FS，稳定性可达0.2%FS/年。由于硅式压力传感器的尺寸非常小，因此硅式压力变送器的尺寸和重量也非常小，适用于空间受限的应用场景。此外，硅式压力变送器具有较好的抗过载能力，可以承受高达200%FS的过载压力。

适用领域

硅式压力变送器适用于对尺寸和重量有严格要求的应用场景，例如航空航天、便携式设备、医疗设备等领域。此外，由于其具有较高的精度和稳定性，因此也*应用于需要*测量的场合，例如实验室测试、精密制造等。

总结

压力变送器是工业过程控制和测试测量中 commonly used 的一种仪器仪表。膜片式压力变送器具有较高的精度和稳定性，适用于对精度和稳定性要求较高的应用场景；硅式压力变送器具有尺寸小、重量轻、精度高等特点，适用于对尺寸和重量有严格要求的应用场景。用户可以根据具体的应用需求和性能要求来选择合适的压力变送器类型。