半导体压力传感器能用于测量气体的压力吗

可以的。

不过可能需要隔离、转换装置。

参考资料：

压力传感器工作原理

1.压力测量介绍

绝对压力传感器

差压力传感器

表压力传感器

2.压力位移的转换

位移转换介绍

电容式气囊

氧化铝膜片

半导体膜片

单晶式压力传感器

3.压力传感器的规格与性能比较

规格

特性

压力之测量

关于压力的量测，可以分成三类：

(1) 绝对压力的测量

(2) 表压力的测量

(3) 差压力的测量

绝对压力所指的就是对应于绝对真空所测量到的压力。

表压力所指的就是对应于地区性大气压力所测量的压力。

差压力就是指两个压力源间的压力差值。

如果有一压力为绝对真空，则差压力就等于绝对压力；如果压力为地区性大气压力，则差压力就等于"表压力"。

压力的测量单位为巴司卡(pascal)(简写pa)，它就相当于牛顿/米2。在工业应用上，还有其它不同的压力单位；如Bar，psi(磅/吋2)，大气压力，mmHg(水银柱的上升高度以mm表示)以及cmH2O(水柱的上升高度以cm表示)。

对于液体及气体压力的测量，可以使用各种不同的压力传感器。所谓"传感器"意指它是一种能量转换装置，从一个系统中吸收能量，在将此能量已不同的形式(例如电气)传送到另一个系统。所以，亦有人称之为"转换器"如同压力的测量可以分成三类一般，压力转换器也可以此三类来区分：

(a) 绝对压力传感器：此装置包含有参考真空，以做为环境的绝对压力的测量或是管接压力源的测量。

(b) 差压力传感器：最为两个管接压力源间之压力差值的测量。

(c) 表压力传感器：它也是一种差压力转换器，但是，其压力源一个为地区性大气压力，另一个则为管接的压力源。

压力位移之转换

在压力传感器中，通常是使用膜片(或是波状薄膜)来将压力P(t)转换成机械的移动量X(t)。膜片(如图)

是由一金属(或是橡皮)盘所组成，在将金属盘的边缘固定到坚固的支撑物上。圆形的波状都与膜片的外部边缘成同心圆。被压缩的液体接触到膜片的一端，使得膜面以比例于其内压力的弯曲变形。两个波状的金属膜片结合在一起，形成一个空气囊(如图)。

假如空气囊内部的空腔包含有真空，即可用以测量绝对压力；很明显地，待测压力是加至此组件的两端。如果需用更大的弯曲变形，可以将更多的膜片组件串联使用。为了测量介于两个可变压力间之差值，必须将其中的一个压力加到空气囊的内部。其它用以转换压力成移动量的机械是风箱(bellow)与布尔登管 (Bourdon tube)。近年来，随着单晶式压力传感器的发展，可以同时完成转换功能及压力传感器功能装置已被引进，这些是：

1. 电容式气囊

2. 氧化铝膜片(用于压电转换器)

3. 半导体膜片（压阻式）

电容式气囊:包含两个用以支撑电容极片的陶瓷组件，并接合在一起以形成一空腔，而产生真空。

氧化铝膜片(用于压电转换器)”在压电性材料中支撑四个桥式连接的电阻。

半导体膜片:由硅单元所组成(半导体转换器)，在其上利用扩散方法以形成电阻。

单晶式压力传感器

如先前所述的，单晶式传感器就是那些集压力感测与转换作用于单一组件上的压力传感器。压力－移动量－电压之间的转换是以下列方法中之一种来完成：

(a) 电容式压力传感器：待测压力使得陶瓷膜片弯曲情形，如此就能改变组件的电容量，借着加入必须的电子电路，尽可能将此变形与压力之变化互成关系。因此电容量的变化即比例于压力的变化。(b)压阻式或"厚膜"压力传感器：这种转换器的动作原理乃应用压阻效应，此当材料受到变形时，它的电阻会随着改变。使用厚膜技术将四个电阻连接成惠斯登电桥的型式，安置于氧化铝(Al2O3)膜片上。当待测压力促使膜片变形时，电桥的差电压输出是随着改变。

(c) 半导体压力传感器：此种装置也是应用压电效应与电桥电阻形式获得量测结果，在硅支撑物上利用扩散的方法，用以产生膜片，包含电桥电阻的单元以静电处理固定在支撑玻璃上。所以，它就与外界形成机械性的隔离。当硅质膜片偏向时，电桥的输出就随着改变。(d) 压电式压力传感器：这种转换器的动作原理乃应用压电效应，此指当许料受到压迫(力或压力)时会产生电压的性质。这些性质被用来做高频时的压力测量以及声音位准的测量(在此种应用上，最有名的为"晶体式麦克风")。

压力传感器之规格与性能比较

★ 由于有各种不同型态的压力(绝对压力、差压力、表压力)，需要利用传感器来做测量。所以了解那些会影响到传感器使用的其它外围特性是很重要的一件事。因此，对于明了接触到传感器的待测物是为液体或气体，就显得很重要。做为流体测量所使用的传感器，当待测流体有可能损坏传感器时，其应用就不同于那些普通的传感器。其它的重要的因子是测量范围(以bar、psi、Atm等单位来表示)。亦即，在能够维持测量规格精确度要求下传感器可以量测的压力范围。测量范围可以是单极性(压力或真空)或

双极性。

★ "过压力"(over pressure)或"试验压力"(proof pre-ssure)( 传感器可以接受而不招致损坏的最大压力)在传感器的选择中相当的重要。对于 *** 作温度范围的了解也很重要。待测的液体或气体物质的温度，绝不能超过传感器的 *** 作温度范围。

其它与温度有关的外围因子为温度误差。亦即，在测量规格的某一给定的精确度之内，温度所能变动的范围。另外一个因子为储

存温度。其它会影响转换器选择的因子为振动、热疲乏与温度等。最重要的特性为：线性度、灵敏度、稳定度、重复能力与迟滞性。

线性度：转换器指示值与最佳直线间的偏移量。此参数通常是以额满值得百分数来表示。

灵敏度：(或分辨率)，可产生一输出信号值的最小输入变动值。以每单位输入的输出信号大小来表示(mv/PSI)。

稳定度：当待转换量(在固定的温度下)在输入端维持固定值时，传感器所能维持输出信号的能力。在某一给定范围内的稳定度，通常是以额满值得百分数来表示。

重复能力：在不同的时间内，相同的待转换量出现在输入端时，传感器重新产生输出信号的能力。重复能力通常是以额满值得百分数来表示。

迟滞性：相同的压力，分别以相反的方向加到传感器，传感器所指示之两个读值间的最大差值。

对于界面系统而言，较重要的因素有激励电压、F.S.O.、以及单位压力的灵敏度。

激励电压：用以传送功率给传感器的电源电压。

★ F.S.O.：(满刻度输出)在相关的压力范围之限制下，介于传感器输出电压间的差值。

单位压力的灵敏度：当压力改变一个单位值时，输出电压的相对变化值。

★ 对于某些传感器相关于满刻度压力的输出电压是以供给电压的函数来定，此值以mv/v来表示。当满刻度压力加到传感器且激励电压为一个单位值(伏特)时，传感器所指示的输出值(mv)。

传感器的特性

1.测量的型态:

(1)绝对压力

(2)差压力

(3)表压力

2.使用于:

(1)气体

(2)液体

3.测量的范围

4.试验压力

5. *** 作温度

6.振动

8.线性度

9.灵敏度

10.稳定度

11.重复能力

12.迟滞性

13.激励电压

14.F.S.O(满刻度输出)

15.单位压力的灵敏度

表格显示了压力传感器的主要特性。注意，对于相同型式的传感器 *** 作范围可以有所改变：很明显的会影响到它们的价格。单晶式压力传感器可以测量到以数百计的大气压力范围，然而其它型式的压力传感器可以测量到以数千计的大气压力范围。

压力传感器的主要特性表：

种类    精确度    价格    结构    优点    缺点    应用场合  

线性可变差动变压器    一般    一般    复杂     -    高精度产品价格高    精度要求不高的场合  

电位计式    一般    低    简单    价格低    精度，可靠性低       

应变计式    优越    高    简单    高精准度    相当贵    核子与海洋学  

单晶电容式    理论上优越    相当高    复杂    优越稳定度及温度依赖性    两极棒距离有限    工业  

单晶电阻式    良好    相当高    简单    温度稳定性 :优越线性度     -    工业  

单晶半导体式    良好    低    热补偿时叫复杂    尺寸小    对温度个高灵敏度    工业  

压电式    优越    高    电荷放大器    高精准度    相当贵    声音测量  

压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。

压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。  -摘自JJG860-2015

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。

压力传感器的分类：

压力传感器的螺纹有很多种，常见的有NPT、PT、G、M，都是管螺纹。

NPT 是 National (American) Pipe Thread 的缩写，属於美国压力传感器标准的 60 度锥管螺纹，用于北美地区.国家标准可查阅 GB/T12716-1991

PT 是 Pipe Thread 的缩写，是 55 度密封圆锥管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族，多用於欧洲及英联邦国家.常用於水及煤气管行业，锥度规定为 1:16。国家标准可查阅 GB/T7306-2000

G 是 55 度非螺纹密封管螺纹，属惠氏压力传感器螺纹家族.标记为 G 代表圆柱螺纹。国家标准可查阅 GB/T7307-2001

M 是公制普通螺纹，如M20*1.5表示直径为20mm，螺距为1.5，如客户无特殊要求，压力传感器一般为M20*1.5螺纹。

另外螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径，单位是英寸。行内人通常用分来称呼螺纹尺寸，一寸等于8分，1/4 寸就是2分，如此类推。G 好像就是管螺纹的统称(Guan)，55、60度的划分属于功能性的，俗称管圆。螺纹由一圆柱面加工而成。

ZG俗称管锥，即螺纹由一圆锥面加工而成，一般的水管压力接头都是这样的，老国标标注为Rc 公制螺纹用螺距来表示，美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示，这是压力传感器螺纹最大的区别，公制螺纹是60度等边牙型，英制螺纹是等腰55度牙型，美制螺纹60度。公制螺纹用公制单位，美英制螺纹用英制单位。

管螺纹主要用来进行压力管道的连接，其内外螺纹的配合紧密，压力传感器管螺纹有直管与锥管两种。公称直径是指所连接的压力管道直径，显然螺纹大径比公称直径大。 1/4，1/2，1/8是英制螺纹的公称直径，单位是英寸。

主要参数：

压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，如何选择较为适用的传感器，做到经济、合理的使用。

额定压力范围  额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。

最大压力范围  最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为提高线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2－3倍。

损坏压力  损坏压力是指能够加在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。

线性度  线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。

压力迟滞  为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。

温度范围  压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。

技术参数 （量程15MPa-200MPa）参数 单位 技术指标 参数 单位 技术指标灵敏度 mV/V 1.00.05 灵敏度温度系数 ≤%FS/10℃ 0.03 

非线性 ≤%FS 0.02～0.03 工作温度范围 ℃ -20℃～+80℃

滞后 ≤%FS 0.02～0.03 输入电阻 Ω 40010Ω

重复性 ≤%FS 0.02～0.03 输出电阻 Ω 3505Ω

蠕变 ≤%FS/30min 0.02 安全过载 ≤%FS 150% FS

零点输出 ≤%FS 2 绝缘电阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)

零点温度系数 ≤%FS/10℃ 0.03 推荐激励电压 V 10V-15V  需要多方面考虑，比如: 适用范围、结构规格、安装程序。

就适用范围来说： 用于对人体有创血压如动脉压、中心静脉压、肺动脉压、左冠状动脉压多种压力进行监测，直接获得血压这一生理参数，为临床对疾病的诊断、治疗和愈后估计提供客观依据。

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电感压力计的工作原理：电气式压力计的一种。以线圈内磁通量的变化来测量压力的变化。用d性金属膜作为敏感元件，膜上装有铁心，铁心外套以线圈。当压力变化时，铁心被膜带动，因此线圈的阻抗发生相应的变化。用于测量迅速变动的压力。压力计按工作原理不同可分为液柱式、d性式和传感器式3种形式。(1).液柱式如U型管压力计、排管压力计等，是根据流体静力学原理将压力信号转变为液柱高度信号，常使用水、酒精或水银作为测压工质。特点： 结构简单、读数直观、信号不能远传，适合于低压测量，其测量上限不超过0.1 ～0.2MPa；精度为 ±0.02%～±0.15% 。(2).d性式如包登管压力计，将压力信号转变为d性元件的机械变形量，以指针偏转的方式输出信号。但更多情况下要求将信号传至控制室，一般需在已有的d性测压计结构上增加转换部件，就可以实现信号远距离传输。d性测压计信号多采用电远传方式，即将d性元件的变形或位移转换为电信号输出。常见的转换方式有电位器式、霍尔元件式、电感式、差动变压器式。工业上多采用d性性式压力计。(3).压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，常见的有：应变式、压阻式、压电式、电容式。a.应变式：应变元件工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械形变时，其阻值将发生变化。b.压阻式：压阻式压力传感器又称扩散硅压力传感器，是基于半导体的压阻效应。它不同于应变式传感器所用的体型应变元件，而是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻。硅平膜片在微波形变时有良好的d性特性。膜片的变形使 扩散电阻的阻值发生变化。c.压电式：是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号，它是动态压力检测中常用的传感器，不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时会产生电荷，当外力去除后电荷消失，在d性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈线性关系。d.电容式：是将d性元件的位移转换为电容量的变化，以测压膜片作为电容器的可动板，它与固定板组成可变电容器。当被测压力变化时，测压膜片产生位移而改变两极板间的距离，测量相应的电容量变化，可知被测压力值。

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