壓強(qiáng)是指流體對其周圍每單位面積施加的力。例如， 壓強(qiáng)P是力F和面積A的函數(shù)。

裝滿瓦斯的容器包含無數(shù)個不斷撞擊容器壁原子和分子。 壓強(qiáng)等于容器壁單位面積受到來自這些原子和分子的力的平均值。 此外，壓強(qiáng)不一定要沿容器壁測量，可以通過任何平面上每單位面積所受的力測得。 例如，氣壓就是對地面下壓的空氣重量的函數(shù)。 因此，海拔越高，壓強(qiáng)越低。 同樣，潛水員或潛水艇潛入海洋越深，壓強(qiáng)越大。

壓強(qiáng)的??SI單位是帕斯卡(N/m2)，其他常用的壓強(qiáng)單位還包括磅/每平方英寸(PSI)、大氣壓(atm)、bar、英寸汞柱(in Hg)以及毫米汞柱(mm Hg)。

壓強(qiáng)測量可分為靜態(tài)和動態(tài)。 沒有運(yùn)動時的壓強(qiáng)即為靜態(tài)壓強(qiáng)。 靜態(tài)壓強(qiáng)的例子包括氣球內(nèi)的壓強(qiáng)或水盆內(nèi)水壓。 通常，流體的運(yùn)動會改變其施加給周圍的力。 這種壓強(qiáng)測量稱為動態(tài)壓強(qiáng)測量。 例如，氣球內(nèi)或水盆底部的壓強(qiáng)會隨著釋放氣球中的空氣或倒出水盆中的水而改變。

壓強(qiáng)水頭（壓頭）測量的是水槽或水管中液體的靜態(tài)壓強(qiáng)。 壓強(qiáng)水頭P僅取決于所測液體的高度h和重量密度w的函數(shù)，如圖1所示。

大海中潛水員所受的壓強(qiáng)等于潛水員所處的深度乘以海洋重量（64磅/立方英尺）。 潛水深度為33英尺的潛水員，其身體每平方英尺要承受2112磅的水， 等于14.7 PSI。 有趣的是，海平面的大氣壓也是14.7 PSI或1 atm。 因此，33英尺深的水產(chǎn)生的壓強(qiáng)與5英里的空氣一樣！ 潛水33英尺深的潛水員所承受的總壓強(qiáng)等于空氣重量與水產(chǎn)生的壓強(qiáng)之和，即29.4 PSI或2 atm。

壓強(qiáng)測量還可以通過所進(jìn)行的測量類型進(jìn)一步加以描述。 壓強(qiáng)測量有三種類型：絕對壓強(qiáng)、表壓、差壓。 絕對壓強(qiáng)是指真空條件下的壓強(qiáng)（圖2）。 絕對壓強(qiáng)通常使用縮寫PAA（帕斯卡絕對壓強(qiáng)）或PSIA（磅每平方英寸絕對壓強(qiáng)）來描述。

表壓是指相對于環(huán)境大氣壓的壓強(qiáng)（圖3）。 類似于絕對壓強(qiáng)，表壓通常使用字母縮寫PAG（帕斯卡表壓）或PSIG（磅每平方英寸表壓）來描述。

差壓類似于表壓，但與測量環(huán)境大氣壓不同，差壓是測量具體參考壓強(qiáng)（圖4）。 差壓通常使用字母縮寫PAD（帕斯卡差壓）或PSID（磅每平方英寸差壓）來描述。

由于必須測量的壓強(qiáng)的狀況、范圍及材料存在很大差異，因此壓力傳感器的設(shè)計(jì)有許多類型。 通常壓強(qiáng)可以轉(zhuǎn)換為某種中間形式，比如位移。 然后傳感器將位移轉(zhuǎn)換成電輸出，比如電壓或電流。 三種最常用的壓力傳感器類型是應(yīng)變計(jì)、可變電容、壓電式傳感器。

在所有壓力傳感器中，惠斯通電橋（基于應(yīng)變）傳感器是最常見的一種，提供的解決方案能夠滿足不同的精度、尺寸、堅(jiān)固性和成本需求。 橋式傳感器可以測量高壓和低壓應(yīng)用的絕對壓強(qiáng)、表壓或差壓。 所有橋式傳感器均使用應(yīng)變計(jì)和膜片（圖4）。

當(dāng)壓力的變化引起膜片偏轉(zhuǎn)時，應(yīng)變計(jì)的電阻會發(fā)生相應(yīng)變化，這個變化可以通過數(shù)據(jù)采集(DAQ)系統(tǒng)進(jìn)行測量。 這些應(yīng)變計(jì)壓力傳感器分為不同類型：粘貼式應(yīng)變計(jì)、濺射應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。

如果兩塊金屬板距離發(fā)生變化，則兩塊金屬板之間的電容也會隨之變化。 可變電容壓力傳感器（圖5）可測量金屬膜片和固定金屬板之間的電容變化。 這些壓力傳感器通常較為穩(wěn)定、線性度較好，但它們對高溫非常敏感，其安裝也比大部分壓力傳感器更為復(fù)雜。

壓電式壓力傳感器（圖6）利用自然產(chǎn)生晶體（如石英）的電氣屬性。 這些晶體在受到壓力時會產(chǎn)生電荷。 壓電式壓力傳感器無需外部激勵源，且十分堅(jiān)固。 但這些傳感器確實(shí)需要電荷放大電路，且十分容易受到?jīng)_擊和震動的影響。

動態(tài)沖擊是壓強(qiáng)測量應(yīng)用中傳感器失敗的一個常見原因，導(dǎo)致傳感器過載。 壓力傳感器過載的一個典型范例就是水錘現(xiàn)象。 快速移動的液體因閥門關(guān)閉而突然停止時就會發(fā)生水錘現(xiàn)象。 液體的動力由于突然受到壓制，導(dǎo)致液體管壁發(fā)生突然伸展的現(xiàn)象。 這種伸展會產(chǎn)生壓力突波，可能會損壞壓力傳感器。 為減少“水錘”的影響，傳感器和壓力線之間通常安裝一個減震器。 減震器通常是一種篩網(wǎng)過濾器或燒結(jié)材料，允許加壓液體通過，但不允許大量液體通過，因此可以在發(fā)生水錘現(xiàn)象時避免壓力突波。 減震器在某些應(yīng)用中是保護(hù)傳感器的好選擇，但許多測試中，峰值沖擊壓力正是需要測試的對象。 這種情況下，就應(yīng)該選擇不包含過載保護(hù)的壓力傳感器。 [3]

至頁首

如上所述，壓力傳感器的自然輸出是電壓。 許多基于應(yīng)變的壓力傳感器會輸出很小的mV電壓。 這個小信號要求多個信號調(diào)理考慮因素，將在下一節(jié)詳細(xì)說明。 此外，許多壓力傳感器還會輸出經(jīng)過調(diào)理的0-5 V信號或4-20 mA電流。 在傳感器的工作范圍內(nèi)，這兩種輸出都是線性的。 例如，0 V和4 mA對應(yīng)0壓力測量。 同樣，5 V和20 mA對應(yīng)傳感器可測量的全幅容量，或最大壓力。 0-5 V和4-20 mA信號都可通過NI多功能數(shù)據(jù)采集(DAQ)硬件輕松測量。

至頁首

與其他基于電橋的傳感器一樣，需要考慮多個信號調(diào)理因素，以便準(zhǔn)確地測量壓力。 下列因素十分重要：

• 橋完整
• 激勵
• 遙感
• 放大
• 濾波
• 偏移
• 分流校準(zhǔn)

上述每個因素都在底部鏈接的“使用應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)變測量”教程中進(jìn)行了詳細(xì)說明。

一旦獲得可測量電壓信號后，這個信號必須轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力單位。 壓力傳感器通常在操作范圍內(nèi)產(chǎn)生線性響應(yīng)，因而一般無需線性化，但需要某些硬件或軟件將傳感器的電壓輸出轉(zhuǎn)換為壓力測量。 使用的轉(zhuǎn)換公式取決于使用的傳感器類型，并由傳感器生產(chǎn)商提供。 典型的轉(zhuǎn)換公式與激勵電壓、傳感器的全幅容量以及校準(zhǔn)因子相關(guān)。

例如，壓力傳感器的全幅容量為10,000 PSI、校準(zhǔn)因子為3mv/V，同時獲得10V DC激勵電壓的壓力轉(zhuǎn)換器會產(chǎn)生15 mV的測得電壓，那么測得的壓力為5000 PSI。

適當(dāng)縮放信號后，必須取得適當(dāng)?shù)耐Ｖ刮恢谩?壓力傳感器（無論是絕對壓強(qiáng)還是表壓）都有一個視為停止位置或參考位置的一定強(qiáng)度。 應(yīng)變計(jì)在該位置上應(yīng)產(chǎn)生0伏特。 偏移歸零電路會增加或刪除應(yīng)變計(jì)某一邊的電阻，從而達(dá)到這個“平衡”位置。 偏移歸零在確保壓力測量精確度上十分重要，為得到最佳結(jié)果，偏移歸零應(yīng)在硬件中執(zhí)行，而不是軟件。