壓力傳感器的類型選擇與設(shè)計(jì)考量方法

壓力傳感器的類型選擇

與設(shè)計(jì)考量

壓力傳感器是一種電子器件，可檢測(cè)或監(jiān)控氣體或液體壓力，并將該信息轉(zhuǎn)換為可用于監(jiān)控或調(diào)節(jié)所測(cè)量的力的電信號(hào)，壓力傳感器的工作方式取決于所使用的技術(shù)類型。本文將為您介紹壓力傳感器的相關(guān)技術(shù)信息，以及CUI Devices推出的壓力傳感器特性。

壓力測(cè)量的定義與相關(guān)術(shù)語解析

想要了解壓力傳感器，您首先需要了解一些關(guān)鍵定義。。壓力是液體或氣體在表面單位面積上施加的力的大小，相對(duì)方程為P=F/A。壓力的傳統(tǒng)單位是帕斯卡（Pascal），定義為每平方米一牛頓（N），壓力也可以定義為阻止流體膨脹所需的力。傳感器是一種檢測(cè)或測(cè)量物理量（應(yīng)力、溫度、長(zhǎng)度、壓力），并通常將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。

在基本層面上，壓力傳感器執(zhí)行與壓力換能器或壓力變送器相同的任務(wù)，因此這些術(shù)語通?？梢曰Q使用。然而，它們之間的差異在于輸出信號(hào)的不同。壓力傳感器檢測(cè)應(yīng)力并將其轉(zhuǎn)換為與所施加的壓力強(qiáng)度相關(guān)的輸出信號(hào)，壓力換能器可將檢測(cè)到的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為連續(xù)電壓輸出（V），壓力變送器則將檢測(cè)到的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為以毫安（mA）為單位的電流輸出。

壓力傳感器在很多監(jiān)測(cè)與控制應(yīng)用中得到大量的使用，在日常使用中，壓力傳感器可以使用許多術(shù)語來指代，例如：壓力換能器、壓力傳送器、壓力發(fā)送器、壓力指示器、滲壓計(jì)和壓力計(jì)。無論使用什么名稱，這些設(shè)備都用于在許多應(yīng)用中監(jiān)測(cè)和控制壓力，除了直接的壓力測(cè)量，壓力傳感器同時(shí)也可用于間接測(cè)量其他變量，如液體／氣體的流量、速度、水面高度或者海拔高度。

在處理壓力測(cè)量和壓力傳感器時(shí)，還需要理解幾個(gè)術(shù)語。像是應(yīng)用所使用的類型會(huì)影響測(cè)量精度，顯然還會(huì)影響到系統(tǒng)性能，因此，壓力測(cè)量時(shí)的環(huán)境因素，例如海平面的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，也必須考慮在內(nèi)。

第一個(gè)常見的術(shù)語是表壓，這是相對(duì)于當(dāng)?shù)卮髿饣颦h(huán)境壓力的壓力測(cè)量，標(biāo)示的壓力將高于或低于當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?/p>

另一個(gè)術(shù)語是絕對(duì)壓力，它是相對(duì)于零壓力或真空參考的壓力測(cè)量。無論在何處測(cè)量，使用絕對(duì)壓力傳感器進(jìn)行的壓力測(cè)量應(yīng)該都是相同的。

壓差則是指系統(tǒng)中兩點(diǎn)之間的壓力差，通常用于測(cè)量管道中液體或氣體的流量。

真空壓力測(cè)量則是一種與環(huán)境或當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ο啾鹊呢?fù)壓力范圍。

最后，復(fù)合壓力測(cè)量則有正壓和負(fù)壓或真空，因此它本質(zhì)上是表壓和真空壓力的組合。

用于測(cè)量壓力的技術(shù)

用于檢測(cè)這種基本力的不同技術(shù)的數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，特別是隨著半導(dǎo)體的出現(xiàn)。以下是主要壓力測(cè)量技術(shù)及其使用方式的快速細(xì)分：

* 電位計(jì)是一種使用電阻裝置連接到波登管的滑動(dòng)臂。當(dāng)壓力波動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)臂會(huì)移動(dòng)，電阻裝置會(huì)根據(jù)力的大小生成相對(duì)信號(hào)。

* 應(yīng)變計(jì)則是一種將壓力轉(zhuǎn)換為電阻變化的技術(shù)，然后便可以隨所施加的力變化測(cè)量該電阻。

* 電容式則是通過檢測(cè)因壓力使電容器極板之間的隔膜彎曲而引起的電容變化的技術(shù)。

* 感應(yīng)式則是檢測(cè)連接到磁芯的隔膜的輕微偏轉(zhuǎn)，這會(huì)導(dǎo)致磁芯發(fā)生線性運(yùn)動(dòng)，從而改變感應(yīng)電流，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的技術(shù)。

* 壓電式則是檢測(cè)石英或陶瓷材料產(chǎn)生與外部壓力施加在其上的壓縮量，該技術(shù)利用拉伸材料的電阻波動(dòng)來測(cè)量壓力。

* 諧振式會(huì)檢測(cè)振膜內(nèi)振弦的諧振頻率，并將之轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

* 光學(xué)式則是采用會(huì)隨著壓力的升高而逐漸被遮擋的光源，傳感器檢測(cè)到這種光的變化，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。光纖傳感器也可以類似的方式使用。

了解壓力傳感器還需要檢視可在您的設(shè)計(jì)中使用的各種應(yīng)用類型。以下是各種基本類型，可配合各種環(huán)境與應(yīng)用需求：

* 真空式是用于測(cè)量低于大氣壓的壓力，這些通常使用壓電技術(shù)或通過測(cè)量限定空間中的氣體體積。

* 密封式則是以海平面大氣壓為參考?jí)毫Α?/p>

* 通風(fēng)式則用于測(cè)量相對(duì)于環(huán)境大氣壓的壓力。

* 隔膜式則會(huì)使用薄的、柔性的、圓形的金屬板，它在壓力下會(huì)變形。

* 應(yīng)變片式則會(huì)檢測(cè)因外力引起的長(zhǎng)度變化而產(chǎn)生的電阻變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

* 固態(tài)式則不使用移動(dòng)部件，它交替地結(jié)合了半導(dǎo)體開關(guān)組件，例如用于感測(cè)壓力的FET（場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。

* 薄膜式技術(shù)則利用由電阻組件組成的細(xì)長(zhǎng)薄膜，電阻組件可以根據(jù)壓力引起的長(zhǎng)度和厚度變化（變形）來改變其電阻。

設(shè)計(jì)中選擇壓力傳感器的注意事項(xiàng)

當(dāng)您決定在設(shè)計(jì)中使用特定的壓力傳感器時(shí)，您將需要考慮系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，這將有助于確定適合您的應(yīng)用的壓力傳感器。其中一些考慮因素包括：

首先需要考慮傳感器的類型，包括密封、真空、應(yīng)變片、壓電等。

然后要考慮工作壓力范圍，器件需要按照制造商規(guī)定執(zhí)行的安全壓力范圍來檢測(cè)壓力。

另外還要考慮器件的工作溫度范圍，器件需要在制造商規(guī)定的安全溫度范圍來運(yùn)行。

此外還需考慮器件能夠承受的最大壓力，這是指?jìng)鞲衅髟诎l(fā)生故障之前能夠承受的壓力上限。

再來則要考慮器件的輸出類型，選擇適用于您的設(shè)計(jì)的壓力傳感器（模擬／數(shù)字）輸出的電信號(hào)類型。

另外一個(gè)需要考慮的是器件的輸出電平，這是指器件輸出信號(hào)的范圍，通常為mV或Vdc。

器件的精度和漂移特性相當(dāng)重要，傳感器需要有多精確，以及隨著時(shí)間的推移時(shí)，它與校準(zhǔn)規(guī)格的差異有多大？都是需要考慮的重要參數(shù)。

器件的分辨率是指?jìng)鞲衅髂軌驒z測(cè)到的最小壓力變化程度。

另外還要了解器件的電源電壓，這是指操作壓力傳感器時(shí)所需的電壓。

最后則要考慮器件使用時(shí)所在的環(huán)境，壓力傳感器可能暴露的外部操作因素包括溫度、濕度、壓力、接觸液體、輻射等，此外可能還需要考慮傳感器和任何接收設(shè)備之間的物理距離。

在壓力的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)方面，目前尚沒有單一的、普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)來指定壓力傳感器的精度。一些區(qū)域規(guī)范包括IEC 60770和DIN 16086，它們都適用于傳感器精度，ASTM F2070則涵蓋了一般應(yīng)用壓力傳感器的要求。任何涉及壓力標(biāo)準(zhǔn)使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通常都適用于它們?cè)谔囟☉?yīng)用中的正確使用方式，例如醫(yī)療設(shè)備或汽車。一些示例包括用于發(fā)動(dòng)機(jī)的SAE J1347，或用于工業(yè)應(yīng)用中壓力傳感器的IEEE 1451.1至1451.7。

高質(zhì)量與多樣的壓力傳感器選擇

測(cè)量壓力并使用該測(cè)量值來監(jiān)視和控制過程，是許多制造行業(yè)和服務(wù)企業(yè)的關(guān)鍵需求。從過程控制到醫(yī)療保健應(yīng)用，準(zhǔn)確可靠的流體和氣體壓力的傳感，對(duì)于確定所提供的產(chǎn)品或服務(wù)的質(zhì)量和安全性至關(guān)重要?，F(xiàn)代壓力傳感器有多種不同的類型、技術(shù)、大小、輸出和精度。想要確保找出最適合您的應(yīng)用需求的壓力傳感器需要付出一些努力，但會(huì)獲得高質(zhì)量的結(jié)果。一旦確定了這些需求，CUI Devices就會(huì)提供一系列基于壓電技術(shù)的壓力傳感器，并具有多種壓力類型和工作壓力范圍。

這些型號(hào)具有絕壓、表壓和密封表壓類型，提供0 kPa至100 MPa的壓力范圍。這些壓力傳感器還具有溫度補(bǔ)償功能，采用不銹鋼結(jié)構(gòu)并配有O形圈密封件。這些型號(hào)提供模擬或數(shù)字I2C輸出選項(xiàng)，具有3.3 V、5 V、10 V或1.5 mA的激勵(lì)額定值，以及3線、4線、5線或6針端子。

結(jié)語

壓力傳感器的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境下，壓力傳感器能夠檢測(cè)在制造過程中需得知的壓力數(shù)據(jù)，以確保制作過程的安全性，并提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。由 CUI Devices 推出的高質(zhì)量壓力傳感器，具備多樣性規(guī)格與產(chǎn)品特性，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境的各種需求，您可以前往 CUI Devices 的網(wǎng)站與艾睿電子的網(wǎng)站，來找到最適合您需求的壓力傳感器。

編輯：黃飛

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