压差传感器的工作原理

世纪光电仪器

压差传感器的核心是将两个压力端口之间的压力差转换为可测量的电信号，其工作原理基于弹性元件形变与信号转换技术，常见类型包括压阻式、电容式和压电式。
1. ​​压力感知与差压产生​​
传感器设有两个独立的压力腔室，分别连接高压端（P1）和低压端（P2），中间通过隔离膜片或导压管分隔。当P1与P2存在差值时，隔离膜片受到单向推力（合力为ΔP），产生微小形变（位移或应变）。

2. ​​信号转换机制​​
不同类型的传感器通过不同物理效应实现形变到电信号的转换：
•压阻式​​：采用硅基半导体材料制成的惠斯通电桥，膜片形变导致桥臂电阻阻值变化（压阻效应），通过测量电桥输出的微弱电压信号（mV级）计算ΔP。特点是成本低、灵敏度高，但需温度补偿。
•电容式​​：由固定极板和可动极板（与隔离膜片相连）组成电容结构，膜片形变改变两极板间距，导致电容值变化。通过检测电容变化并转换为电压/电流信号，具有高精度、抗干扰强的优点，适用于洁净气体或低粘度液体。
•​​压电式​​：利用压电晶体在受压时产生电荷（正压电效应），直接输出与ΔP成正比的电压信号，但仅适合动态压差测量，静态测量易因电荷泄漏产生误差。

3. ​​信号处理与输出​​
原始信号（如mV级电压或pF级电容变化）经放大电路（提高信噪比）、温度补偿（修正环境温度对精度的影响）和线性校准后，通过模数转换器（ADC）转换为数字量（智能型传感器），最终以标准信号输出至显示仪表或控制系统。

压差传感器通过高灵敏度与稳定性，实现对微小压差到大压差的精确测量，是工业自动化与过程控制的关键元件。