壓力傳感器的選型要點(diǎn)

1、壓力傳感器的選型要點(diǎn)隨著現(xiàn)代測量和自動化技術(shù)的發(fā)展，壓力傳感器的用量每年以 20%的速度增長。目前市場上的壓力傳感器品種繁多，規(guī)格及技術(shù)性 能不一，價格差別也很大。擺在使用者而前的問題是.應(yīng)選用怎樣的 壓力傳感才能滿足需要？哪些指標(biāo)是最重要的？應(yīng)考慮哪些問 題？這就涉及到傳感器的選用。選用的原則便是以最經(jīng)濟(jì)的價格買 到滿足其用途、壓力量程、精度要求、溫度范圍、電和機(jī)械要求的壓 力傳感器。傳感器裝到設(shè)備上后，運(yùn)行正常、穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確。以下是選用 壓力傳感器時必須考慮的幾個重要方面。1用途由于結(jié)構(gòu)不同，壓力傳感器可以分為測定絕對壓力、對大氣的相 對壓力和差壓。測定絕對壓力時，傳感器內(nèi)自身帶有真空參

2、考壓，所 測壓力與大氣壓力無關(guān)，是相對于真空的壓力。對大氣的相對壓力是 以大氣壓力為參考壓，因此傳感器彈性膜一側(cè)始終與大氣是連通的。 由于大氣壓力與離地面的高度、四季中大氣中水汽含量的變化以及不 同地點(diǎn)和組成大氣的各種氣體的含量的變化有關(guān)。因此，所測得的相 對壓力便與上述因素有關(guān)。此外，還可從傳感器彈性膜兩側(cè)分別導(dǎo)人 流體壓力，這樣能測定流體不同地點(diǎn)或流體間的差壓。針對不同用途 應(yīng)選用不同結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。2. 壓力量程范圍壓力傳感器的壓力適用范圍是分級的。這是因為壓力傳感器的彈 性膜承受流體壓力有一個限度。這就是通常所說的耐壓極限，超過此 極限彈性膜便破裂了。一般來說，每一傳感器都有20 -

3、 300 %的過 壓能力。因此，產(chǎn)品說明書上的壓力最大量程為耐壓極限的30 - 80 %. 選用過高的壓力量程是不必要的。壓力量程的選用應(yīng)主要考慮三個方面的因素：即傳感器的最大過壓能力、精度與壓力量程的關(guān)系和傳感器的價 格與壓力量程的關(guān)系。對于傳感器的最大過壓能力，傳感券承受靜壓力與動壓力情況下 是有很大區(qū)別的。后者往往會出現(xiàn)沖擊壓力，甚至沖擊波。沖擊壓力 遠(yuǎn)高于靜壓力。如果選用的最大工作壓力量程是指靜壓力的話，傳感 器在承受動壓力時，應(yīng)選用較大的過壓能力。否則沖擊壓力很容易達(dá) 到極限耐壓，使壓力傳感器受到破壞。對于精度與壓力量程的關(guān)系。壓力傳感器的熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏 度漂移系數(shù)及非線性誤差是

4、影響傳感器精度的重要指標(biāo)。對同一壓力 傳感器來說，熱零點(diǎn)漂移系數(shù)隨工作壓力增加而減小，而熱靈敏度系 數(shù)和非線性誤差隨工作壓力增加而增加。因此，工作壓力增加有利于 減小熱零點(diǎn)漂移，而不利于熱靈敏度漂移和非線性誤差。熱零點(diǎn)漂移 比較大時，提高工作壓力量程有利于提高壓力傳感器的精度。熱零點(diǎn) 漂移比較小時，減小工作壓力量程有利于提高精度。對不同壓力量程 的傳感器來說，靈敏度是不同的。低壓力量程傳感器的靈敏度高分辨 率自然也高。對于傳感器的價格與壓力量程的關(guān)系，一般來說，013-lMPa的 壓力傳感器的價格較便宜，OllMPei以下或IMPa以上的壓力傳感器價 格比較貴。測定2- 3kPa壓力時可選購1

5、0 - 50kPa的壓力傳感器。 特別是使用者自己設(shè)計和選用補(bǔ)償電路時，能使精度進(jìn)一步提高。這 樣可以使成本大幅度降低。一般而言，質(zhì)量好的壓力傳感器，滿量程 輸出都可以達(dá)到lOOmV/ 10V.如果只用一半的壓力量程，則對應(yīng)的 輸出便只有50mV/ 10V.因此最大工作量程應(yīng)盡可能接近產(chǎn)品說明書 上所標(biāo)明的該壓力傳感器的量程級。3. 精度壓力傳感器可用作壓力計量元件或作敏感元件進(jìn)而進(jìn)行自動控 制。特別對前一用途，對它提出比較高的精度要求。由于用半導(dǎo)體芯 片制成的壓力傳感器的精度受溫度的影響，因此應(yīng)注意傳感器的使用 溫度范圍。靜態(tài)精度是指某一特定溫度（室溫25 °C）下應(yīng)達(dá)到的精度。

6、可以分為四檔：0101 - Oil %FS為超高精度：011 - 1 %FS為高精 度：1 - 2 %FS為普通精度；2-10 %FS為低精度。全溫度范圍精度是指壓力傳感器在整個使用溫度范圍內(nèi)都應(yīng)達(dá) 到的精度。同樣可以分為四檔：0101 - Oil %FS；011 - 1 %FS；1 - 2 %FS；2 - 10 %FS.靜態(tài)精 度達(dá)到011 - 1 %FS，也許全溫度范圍精度只夠1 - 2 %FS，甚至只 夠 2-10 %FS.對使用者來說，往往希望壓力傳感器的精度越高越好。但是壓力 傳感器達(dá)到髙精度時，必然在制作過程中增添了許多附加工藝以及校 淮過程和補(bǔ)償技術(shù)，相應(yīng)成本提高了，當(dāng)然其售價也

7、隨之大幅度增加。 因此應(yīng)根據(jù)壓力傳感器實際應(yīng)用場合和要求，提出合理的精度要求及 相應(yīng)的溫度范圍。4. 電學(xué)要求一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，近距離滿量程輸出電壓 可達(dá)100 - 150mV，輸出電流為0- 0101mA.遠(yuǎn)距離輸出信號電壓便 會衰減，應(yīng)采用電流信號輸出。經(jīng)壓力變送器將電流放大后可以輸出 20mA以下的電流信號。這樣，價格就成倍增加。另外，只有經(jīng)過A/ D和V/ F變換后才能得到數(shù)字信號和頻率 信號。恒流源和恒壓源都是通常傳感器采用的兩種激勵源。兩種激勵方 法是有區(qū)別的，其作用不同。恒流源激勵有利于熱靈敏度漂移的補(bǔ)償作用。因為橋臂電阻器的溫度系數(shù)為正，而靈敏度溫度系數(shù)為負(fù)。

8、恒流 源激勵時的輸出信號電壓的溫度系數(shù)是兩者的代數(shù)和。而恒壓激勵不 能直接提供靈敏度溫度補(bǔ)償效果。但用恒壓源激勵時可在橋外串接熱 敏電阻或二極管以補(bǔ)償熱靈敏度漂移。用恒流源激勵時，這種靈敏度 補(bǔ)償方法便不起作用?？梢?，恒壓源激勵和恒流源激勵相互之間不能 隨意互換。一般精度測量時用恒流源激勵。恒壓源激勵時，測量的精度取決 于恒壓源穩(wěn)壓器件的精度。另外，又可將壓力傳感器的激勵電源分為正比激勵和固定激勵。 前者是將壓力傳器電橋直接接到電源上，當(dāng)電源改變時，壓力傳感器 的靈敏度和零點(diǎn)都隨之發(fā)生變化。后者內(nèi)部有一個參照電壓，壓力傳 感器電橋由參照電壓供電激勵。參考電壓是恒定的，與電源電壓無關(guān)。 只要電源

9、電壓在一指定電壓范圍內(nèi)變化，參照電壓不變。因而傳感器 的輸出不變，不受電源電壓的影響。壓力傳感器可以用電池供電，但更普遍的是采用直流穩(wěn)壓電源技 術(shù)。電池供電時噪聲小，但隨電池使用，供電電壓逐漸降低，特別是 當(dāng)傳感器用正比激勵時，靈敏度便逐漸減小。這就會造成讀數(shù)不準(zhǔn)。 因此要采用補(bǔ)償辦法（例如壓力傳感器和A/ D變換器共用一個電池 供電），或者使用低功耗、小電流的壓力傳感器，長壽命電池，或者 測量壓力時接上電源，測量完畢后，將電池關(guān)閉節(jié)省電能。換上新電 池后，壓力傳感器需要重新校準(zhǔn)標(biāo)定。這是因為不同牌號的電池其電 動勢、內(nèi)阻都存在一定的差異。壓力傳感器的電橋激勵電壓的變化會 造成靈敏度的改變。5

10、 作業(yè)方式作業(yè)方式也是需要考慮的重要問題。例如傳感器用于氣體壓力的 測量與液體壓力的測量時情況便不同。氣體是可壓縮流體，增奪時會 貯存一定的壓縮能，減壓時又以動能釋放出來，給傳感器彈性膜施加 沖擊波。要求壓力傳感器有較大的過載能力。液體是不可壓縮流體， 在壓力傳感器安裝時，擰緊螺拴又無可壓縮空間則可使液體壓力升高 超過彈性膜的耐壓極限，導(dǎo)致彈性膜破裂。由于這種情況屢屢發(fā)生， 也要求壓力傳感器有較大的過壓能力。壓力傳感器的工作環(huán)境惡劣時，例如有大的振動、沖擊，大的電 磁干擾，對傳感器提出更為嚴(yán)格的要求。不僅過壓能力強(qiáng)，而且要求 機(jī)械密封可靠，防松動，傳感器安裝正確。傳感器自身的引線、引腳 以及外

11、導(dǎo)線都應(yīng)加以電磁屏蔽，并將屏蔽良好接地。此外，應(yīng)考慮壓力傳感器與所測流體介質(zhì)的相容性問題。例如傳 感器的彈性膜結(jié)構(gòu)應(yīng)與腐蝕性介質(zhì)相隔開，此時采有不銹鋼波紋套傳 感器，傳感器內(nèi)用硅油作傳壓介質(zhì)。傳感器檢測易燃、易爆介質(zhì)壓力 時，使用小激勵電流，防止彈性膜破裂時產(chǎn)生火花、火星，并增加壓 力傳感器外套的耐壓能力。6.對溫度的要求用半導(dǎo)體芯片制備的壓力傳感器的特點(diǎn)是受溫度的影響大，不僅 存在熱零點(diǎn)漂移還存在熱靈敏度漂移。溫度明顯影響壓力傳感器的精 度。為了消除溫度的影響，就需應(yīng)用各種溫度補(bǔ)償技術(shù)。溫度范圍越 寬，補(bǔ)償技術(shù)難度越大，且校準(zhǔn)工作量越大，所能保證的全溫度范圍 的精度便越低。為此應(yīng)根據(jù)壓力傳感器所應(yīng)用的實際溫度范圍和精度 要求提出合理的要求。一般將壓力傳感器的使用溫度范圍分為四類：普通商業(yè)級，范圍為-10-60 1；工業(yè)級，范圍為-25 - 80 °C；軍事級，范圍為- 55 - 125 °C；特殊級，范圍為- 60 - 350 °CO壓力傳感器在室內(nèi)應(yīng)用時，可選擇商業(yè)級；有室外應(yīng)用時可選