导读：压力传感器的原理和应用分类。介绍了压力传感器的原理和应用分类,列举了汽车压力传感器在轮胎气压监测方面的应用及具体的电路设计,把轮胎气压转换为电压,通过电压值的大小间接地测量气压值的大小。

压力传感器的原理及其应用电路设计

摘要：详细介绍了压力传感器的原理和应用分类，列举了汽车压力传感器在轮胎气压监测方面的应用及具体的电路设计，把轮胎气压转换为电压，通过电压值的大小间接地测量气压值的大小。汽车压力传感器在汽车行业的应用和推广意义非常重大。

1、引言

汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键，而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏，使轮胎经常保持标准气压，延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压，以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。

2、汽车压力传感器

2.1压力传感器的原理和应用分类

传感器是将各种非电量(包括物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。

制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。

压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。

对压力变送器校准，实际需要对压力变送器的输入和输出一起调试，包括对(变送器的输入压力、A/D转换电路、环路电流输出电路)才称得上是真正意义上的校准。而并不是只对压力变送器的量程进行修改。

真正的压力变送器校准是需要用到一台标准压力源输入变送器的。因为不使用标准器而调量程(LRV、URV)不是校准，忽略输入部分来进行输出调节不是正确的校准。再者压力、差压检测部件与A/D转换电路、电流输出的关系并不对等，校准的目的就是找准三者的变化关系。正确校准压力变送器的步骤：

　　标准压力源通过胶皮管与自制接头相连接，关闭平衡阀门，并检查气路密封情况，然后把电流表(电压表)、HART手操器接入压力变送器输出电路中，通电预热后开始校准。差压变送器的正、负压室都有排气、排液阀或旋塞；为我们现场校准差压变送器提供了方便，也就是说不用拆除导压管就可校准差压变送器。对差压变送器进行校准时，先把三阀组的正、负阀门关闭，打开平衡阀门，然后旋松排气、排液阀或旋塞放空，然后用自制的接头来代替接正压室的排气、排液阀或旋塞；而负压室则保持旋松状态，使其通大气。

　　先将阻尼调至零状态，先调零点，然后加满度压力调满量程，使输出为20mA，在现场调校讲的是快，在此介绍零点、量程的快速调校法。调零点时对满度几乎没有影响，但调满度时对零点有影响，在不带迁移时其影响约为量程调整量的1/5，即量程向上调整1mA，零点将向上移动约0.2mA，反之亦然。

　　用上述的常规方法对智能变送器进行校准是不行的，因为这是由HART变送器结构原理所决定了。因为智能压力变送器在输入压力源和产生的4-20mA电流信号之间，除机械、电路外，还有微处理芯片对输入数据的运算工作。因此调校与常规方法有所区别。

　　实际上厂家对智能压力变送器的校准也是有说明的，如ABB的变送器，对校准就有:“设定量程”、“重定量程”、“微调”之分。其中“设定量程”操作主要是通过LRV、URV的数字设定来完成配置工作，而“重定量程”操作则要求将压力变送器连接到标准压力源上，通过一系列指令引导，由压力变送器直接感应实际压力并对数值进行设置。而量程的初始、最终设置直接取决于真实的压力输入值。但要看到尽管压力变送器的模拟输出与所用的输入值关系正确，但过程值的数字读数显示的数值会略有不同，这可通过微调项来进行校准。由于各部分既要单独调校又必需要联调，因此实际校准时可按以下步骤进行：HART手操器可选用绍兴中仪HART375手操器。

1、先做一次4-20mA微调，用以校正压力变送器内部的D/A转换器，由于其不涉及传感部件，无需外部压力信号源

2、再做一次全程微调，使4-20mA、数字读数与实际施加的压力信号相吻合，因此需要压力信号源。

3、最后做重定量程，通过调整使模拟输出4-20mA与外加的压力信号源相吻合，其作用与变送器外壳上的调零(Z)、调量程(R)开关的作用完全相同。