MEMS壓力傳感器該如何選型？智芯傳感告訴您（一）

近期，新加坡的產品研究和咨詢公司Twimbit公布了一份調研報告，預測和分析了2020-2023年，全球市場中15種市場規(guī)模最大的傳感器，這些傳感器是從上百種主要傳感器類別中篩選出來的。這15種傳感器合計占2020年全球總份額的79.88%，如下圖：

在15種市場規(guī)模最大的傳感器中，壓力傳感器排名第六，2020年的全球市場規(guī)模達到91.69億美元，到2023年預計增加到110億美元銷售額，復合年增長率為6.3%。壓力傳感器用途極其廣泛，有多個應用場景，如工業(yè)互聯網、消費電子、汽車、生物醫(yī)學、航空航天、天然氣、化工、礦業(yè)、電力、樓宇自動化、暖通空調、食品加工、制藥、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測等等。

那么，面對種類繁雜、型號眾多的壓力傳感器，我們應該如何選擇一款合適的傳感器呢？這就涉及到了傳感器的選用原則，即以最合適的價格選擇滿足其用途、壓力量程、精度需求、溫度范圍、電學要求、作業(yè)方式、壓力密封要求等指標的壓力傳感器，當壓力傳感器安裝到設備上之后，要運行正常穩(wěn)定，測量準確，經久耐用。我們將分兩個章節(jié)來介紹壓力傳感器選型必須考慮的重要方面。

壓力傳感器又分為傳統(tǒng)壓力傳感器與MEMS壓力傳感器，在實際應用中，MEMS壓力傳感器以其體積小、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點逐漸替換了傳統(tǒng)壓力傳感器。因此本文主要針對MEMS壓力傳感器進行介紹。

用途方面的考量

由于結構不同，壓力傳感器可以分為測定絕對壓力的絕壓傳感器、測定對大氣的相對壓力的表壓傳感器和測定兩處壓力差的差壓傳感器。

測定絕對壓力（即絕壓傳感器）時，傳感器內自身帶有真空參考壓，所測壓力與大氣壓力無關，是相對于真空的壓力。

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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和組成大氣的各種氣體的含量的變化有關。因此，所測得的相對壓力便與上述因素有關。

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此外，還可從傳感器彈性膜兩側分別導入流體壓力，這樣能測定流體不同地點或流體間的差壓。

所以，針對不同用途應選用不同結構的壓力傳感器。

壓力量程方面的考量

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。這就是通常所說地耐壓極限，超過此極限，彈性膜便破裂了。傳感器都有不同過壓能力，一般來說，每個傳感器都有20%~300%的過壓能力。

壓力量程的選用應主要考慮三個方面的因素：傳感器的最大過壓能力、精度與壓力量程的關系以及傳感器的價格與壓力量程的關系。

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量程的選用在考慮最大過壓能力時，要特別注意靜壓和動壓的區(qū)別。因為，動壓往往會出現沖擊壓力，甚至沖擊波，而沖擊壓力遠高于靜壓力，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，應選用較大的過壓能力，否則沖擊壓力很容易達到極限耐壓，使壓力傳感器受到破壞。

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量程的選用我們還要注意精度和量程的關系，一般情況下不同量程的壓力傳感器其精度存在差異，在選型時選擇合適的量程更容易滿足精度上的要求。

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對于價格與量程的關系，通常來說，0.3~1MPa的壓力傳感器的價格較便宜，0.1MPa以下或1MPa以上的壓力傳感器價格比較貴。

精度需求的考量

精確度，是傳感器行業(yè)內通俗用來描述傳感器輸出誤差常用的一個術語。它來源于非線性，遲滯，不可重復性，溫度，零點平衡，校正和濕度效應。通常下我們將精確度指定為非線性，遲滯和不可重復性的綜合影響。

靜態(tài)精度是指某一特定溫度（室溫25℃）下應達到的精度?？梢苑譃樗臋n：0.01~0.1%FS為超高精度；0.1~1%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都應達到的精度，同樣可以分為與靜態(tài)精度相同的四檔。

壓力傳感器的熱零點漂移和熱靈敏度漂移系數及非線性誤差是影響傳感器精度的重要指標。對同一壓力傳感器來說，熱零點漂移系數隨工作壓力增加而減小，而熱靈敏度系數和非線性誤差隨工作壓力增加而增加。

一般來說，擁有更高精確度的傳感器成本會更高，但是壓力傳感器達到高精度時，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償技術。因此應根據壓力傳感器實際應用場合和要求，提出合理的精度要求。

壓力傳感器的選型還有電學要求、作業(yè)方式（介質）、工作溫度范圍和壓力密封要求等考量因素，我們將在下一篇文章中著重介紹。

審核編輯：劉清