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壓力傳感器選型的三大要素
閱讀：2249 發(fā)布時(shí)間：2018-5-25 為新項(xiàng)目或設(shè)備選擇壓力傳感器時(shí)，設(shè)計(jì)師通常比較關(guān)注關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，如壓力范圍、電流輸出、介質(zhì)兼容性以及環(huán)境條件等。然而，若要根據(jù)不同的應(yīng)用選出合適的傳感器，除以上參數(shù)外，還需考慮其它因素，常常被忽略的設(shè)計(jì)因素：壓力傳遞介質(zhì)（充油式和非充油式）、結(jié)構(gòu)和傳感技術(shù)類(lèi)型。這也是壓力傳感器選型的三大要素。
一 壓力傳遞介質(zhì)（充油式vs非充油式）
在壓力傳感行業(yè)存在多種不同的傳感技術(shù)，但所有傳感器都可分為兩大類(lèi)：充油式和非充油式。充油式傳感器是指在膜片和傳感元件之間采用油液作為壓力傳遞介質(zhì)的傳感器，例如基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的電子傳感器。
充油式傳感器具有材料相容性(好)、成本低、易于集成到成套傳感器系統(tǒng)中等特點(diǎn)，對(duì)許多制造應(yīng)用都吸引力。雖然應(yīng)用日益普遍，但相較于非充油式傳感器，仍有不少缺點(diǎn)。
充油式設(shè)計(jì)的zui大缺點(diǎn)是故障成本高。一旦傳感膜片因過(guò)壓或制造缺陷而破裂，那么油液就會(huì)泄漏至應(yīng)用中并污染系統(tǒng)。油液進(jìn)入系統(tǒng)會(huì)損壞關(guān)鍵的部件，造成成數(shù)千乃至數(shù)百萬(wàn)美元的損失，損失程度視具體應(yīng)用而異（如，代價(jià)昂貴的燃料電池系統(tǒng)）。更糟的是，許多系統(tǒng)一旦被油液污染，幾乎就沒(méi)有修復(fù)的可能。相比之下，非充油式設(shè)計(jì)不僅能消除因故障導(dǎo)致污染的可能性，而且還可承受更高的過(guò)壓沖擊。
二 結(jié)構(gòu)
壓力傳感器在應(yīng)用中的服役時(shí)間是挑選傳感器的關(guān)鍵指標(biāo)之一。一般而言，全焊接結(jié)構(gòu)的傳感器，設(shè)計(jì)更堅(jiān)固、耐用，在許多苛刻應(yīng)用中的使用壽命都較長(zhǎng)。另外，還要考慮接頭在外殼上的焊接牢固度。要知道，在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，這些裝置常常會(huì)暴露在影響傳感器工作的非理想環(huán)境下。
確保制造商不僅能夠提供多種壓力接頭，包括1/4”和1/8”NPT等標(biāo)準(zhǔn)口徑，而且還能夠視需要量身定制過(guò)程接頭。即使再堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)也有可能受潮濕環(huán)境影響，因此部分傳感器需防潮保護(hù)以防止接頭引腳的四周被腐蝕。
如果擔(dān)心保護(hù)傳感器受惡劣環(huán)境侵蝕，則選擇IP防護(hù)等級(jí)滿(mǎn)足安裝需求的傳感器。傳感器可提供多種IP防護(hù)等級(jí)。其中，IP65級(jí)防護(hù)的型號(hào)可提供抵御粉塵滲入和噴嘴噴水的全面保護(hù)。
IP67級(jí)防護(hù)的傳感器能夠防護(hù)灰塵侵入以及短暫浸泡。IP69K級(jí)防護(hù)則適用于高壓、高溫應(yīng)用。如果液體滲入會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)，切記采用密封電纜。盡可能避免選擇充油式傳感器，它采用了不同導(dǎo)熱系數(shù)的材料，會(huì)增加傳感器的不穩(wěn)定性。
三 傳感技術(shù)類(lèi)型
雖然穩(wěn)定可靠的電路設(shè)計(jì)可滿(mǎn)足不同人的不同需求，但總體而言，zui重要的仍是其可靠性、穩(wěn)定性及耐惡劣環(huán)境能力。目前，濺射薄膜和可變電容技術(shù)被視為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域先進(jìn)的傳感技術(shù)。薄膜傳感器采用成熟的惠斯通電橋原理。根據(jù)這種設(shè)計(jì)，首先通過(guò)將分子層噴射到17-4或316L不銹鋼膜上，然后在膜片上蝕刻電路，從而實(shí)現(xiàn)出色的電阻分辨率和一致性。通過(guò)濺射薄膜技術(shù)，可將簡(jiǎn)單、高精度和緊湊的應(yīng)力計(jì)沉積于傳感膜背面。
Setra西特公司的電容式壓力傳感器巧妙地采用了簡(jiǎn)單、耐用和穩(wěn)定的電容器元件。其典型配置為：緊湊外殼內(nèi)裝設(shè)兩個(gè)緊密間隔的平行電絕緣金屬面，其中之一就是在壓力作用下會(huì)輕微彎曲的膜片。
金屬面（或板）牢牢安裝在傳感器內(nèi)部，因此施加壓力的微小變化可導(dǎo)致組件的輕微機(jī)械變形，從而改變兩個(gè)金屬面之間的間隙大小（形成可變電容效果）。而靈敏的線性比較器電路（采用特別設(shè)計(jì)的保護(hù)集成電路）可檢測(cè)到間隙變化導(dǎo)致的電容變化，繼而放大并輸出比例放大的高電平信號(hào)。
兩種傳感器的測(cè)量原理幾乎都可消除漂移現(xiàn)象并提供更高的靈敏度。此外，它們還融合了緊湊的設(shè)計(jì)和良好的溫度穩(wěn)定性。薄膜式和電容式傳感器能提供與輸入壓力成比例的線性模擬輸出信號(hào)，具有高精度和高性能的特點(diǎn)。
電容指容納電荷的能力。電容器指電路中能夠儲(chǔ)存電荷的元件，與電感器、電阻器并稱(chēng)為基本的三種電路元件。電容器不測(cè)量存儲(chǔ)能量的大小，僅度量可儲(chǔ)存能量的潛在能力。這種潛在能力以法拉第(F)為單位進(jìn)行計(jì)量，但在大部分的消費(fèi)級(jí)電容器中，通常采用微法(µF)或更小的單位。
電容器由兩塊導(dǎo)電板組成，中間采用絕緣層（也稱(chēng)為電介質(zhì)）隔離。電容器多種多樣，其大小、導(dǎo)電板布置以及所采用的電介質(zhì)材料各不相同。當(dāng)電容器接通電路時(shí)，電源的電壓促使電子積聚在一塊板的表面，并使另一塊板表面釋放電子，從而導(dǎo)致兩板之間形成電勢(shì)差。電容器的電容值可為固定值，也可根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變。電極板的尺寸、形狀及距離都會(huì)影響元件的電容大小。相較于距離較遠(yuǎn)的較小金屬板所構(gòu)成的電容器，距離近的較大金屬板所構(gòu)成的電容器電容更大。
電容的應(yīng)用日益廣泛，例如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、電容式傳聲器、無(wú)線電接收器、脈沖磁體和壓力傳感器等。相比于采用其它技術(shù)的傳感器，電容式壓力傳感器具有更高精度（±0.07%滿(mǎn)量程精度）