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压力传感器的选择与利用
起源：http://www.ligentcn.com/news/42.html颁布功夫：2016-07-18
0 前 言
现代丈量技术涉及到多多的非电量 ，如沉量、力和力矩、加快度、压力、流量等力学量 ；温度、热量等热学量 ，以及气体、液体的成分、浓度等化学量。这些物理量进行直接丈量时极度难题和不方便 ，需用一种转换装置将其转化为易于丈量、传输和处置的电量 ，这种装置就是传感器。传感器的种类好多 ，压力传感器是其中最成熟的技术 ，就市场销售额来看 ，居传感器之首 ，并且每年增长率达20 % ,拥有辽阔的利用远景。分歧技术机能的压力传感器利用于分歧的丈量需要己成为当前压力传感器发展和利用的一个沉要课题。
1 压力传感器的选择
随着现代丈量和自动化技术的发展 ，压力传感器的用量每年以20 %的速度增长。目前市场上的压力传感器种类繁多 ，规格及技术机能不一 ，价值差距也很大。摆在使用者刻下的问题是 ，应选用怎么的压力传感能力满足必要？ 哪些指标是最沉要的？ 应试虑哪些问题？ 这就涉及到传感器的选用。选用的准则就是以最经济的价值买到满足其用处、压力量程、精度要求、温度领域、电和机械要求的压力传感器。
传感器装到设备上后 ，运行正常、不变 ，丈量正确。以下是选用压力传感器时必须思考的几个沉要方面。
1.1 用 途
由于结构分歧 ，压力传感器能够分为测定绝对压力、对大气的相对压力和差压。测定绝对压力时 ，传感器内自身带有真空参考压 ，所测压力与大气压力无关 ，是相对于真空的压力。对大气的相对压力是以大气压力为参考压 ，因而传感器弹性膜一侧始终与大气是连通的。由于大气压力与离地面的高度、四时中大气中水汽含量的变动以及分歧地址和组成大气的各类气体的含量的变动有关。因而 ，所测得的相对压力便与上述成分有关。此表 ，还可从传感器弹性膜两侧别离导人流体压力 ，这样能测定流体分歧地址或流体间的差压。针对分歧用处应选用分歧结构的压力传感器。
1.2 压力量程领域
压力传感器的压力合用领域是分级的。这是由于压力传感器的弹性膜接受流体压力有一个限度。这就是通常所说的耐压极限 ，超过此极限弹性膜便分裂了。通常来说 ，每一传感器都有20 - 300 %的过压能力。因而 ，产品说明书上的压力最大量程为耐压极限的30 - 80 %. 选用过高的压力量程是不用要的。
压力量程的选用应重要思考三个方面的成分：
即传感器的最大过压能力、精杜纂压力量程的关系和传感器的价值与压力量程的关系。
对于传感器的最大过压能力 ，传感器接受静压力与动压力情况下是有很大区此外。后者往往会出现冲击压力 ，甚至冲击波。冲击压力远高于静压力。若是选用的最大工作压力量程是指静压力的话 ，传感器在接受动压力时 ，应选用较大的过压能力。不然冲击压力很容易达到极限耐压 ，使压力传感器受到粉碎。
对于精杜纂压力量程的关系。压力传感器的热零点漂移和热活络度漂移系数及非线性误差是影响传感器精度的沉要指标。对统一压力传感器来说 ，热零点漂移系数随工作压力增长而减幼 ，而热活络度系数和非线性误差随工作压力增长而增长。因而 ，工作压力增长有利于减幼热零点漂移 ，而不利于热活络度漂移和非线性误差。热零点漂移比力大时 ，提高工作压力量程有利于提高压力传感器的精度。热零点漂移比力幼时 ，减幼工作压力量程有利于提高精度。对分歧压力量程的传感器来说 ，活络度是分歧的。低压力量程传感器的活络度高分辨率天然也高。
对于传感器的价值与压力量程的关系 ，通常来说 ，013 - 1MPa 的压力传感器的价值较便宜 ，011MPa以下或1MPa 以上的压力传感器价值比力贵。测定2- 3kPa 压力时可选购10 - 50kPa 的压力传感器。出格是使用者自己设计和选用赔偿电路时 ，能使精度进一步提高。这样能够使成本大幅度降低。通常而言 ，质量好的压力传感器 ，满量程输出都能够达到100mV/ 10V. 若是只用一半的压力量程 ，则对应的输出便只有50mV/ 10V. 因而最大工作量程应尽可能靠近产品说明书上所表明的该压力传感器的量程级。
1.3 精 度
压力传感器可用作压力计量元件或作敏感元件进而进行自动节造。出格对前一用处 ，对它提出比力高的精度要求。由于用半导体芯片造成的压力传感器的精度受温度的影响 ，因而该把稳传感器的使用温度领域。
静态精度是指某一特定温度（室温25 ℃） 下应达到的精度�Ｄ芄环治牡担�0101 - 011 %FS 为超高精度：011 - 1 %FS 为高精度：1 - 2 %FS 为通常精度 ；2 - 10 %FS 为低精度。
全温度领域精度是指压力传感器在整个使用温度领域内都应达到的精度。同样能够分为四档：
0101 - 011 %FS;011 - 1 %FS;1 - 2 %FS;2 - 10 %FS. 静态精度达到011 - 1 %FS ,也许全温度领域精度只够1 - 2 %FS ,甚至只够2 - 10 %FS.
对使用者来说 ，往往但愿压力传感器的精度越高越好。但是压力传感器达到高精度时 ，必然在造作过程中增添了很多附加工艺以及� ；垂毯团獬ゼ际� ，相应成本提高了 ，当然其售价也随之大幅度增长。因而应凭据压力传感器现实利用场所和要求 ，提出合理的精度要求及相应的温度领域。
1.4 电学要求
通常通常压力传感器的输出为仿照信号 ，近距离满量程输出电压可达100 - 150mV ,输出电流为0- 0101mA. 远距离输出信号电压便会衰减 ，应选取电流信号输出。经压力变送器将电放逐大后能够输出20mA 以下的电流信号。这样 ，价值就成倍增长。
另表 ，只有经过A/ D 和V/ F 变换后能力得到数字信号和频率信号。
恒流源和恒压源都是通常传感器选取的两种激励源。两种激励步骤是有区此外 ，其作用分歧。
恒流源激励有利于热活络度漂移的赔偿作用。
由于桥臂电阻器的温度系数为正 ，而活络度温度系数为负。恒流源激励时的输出信号电压的温度系数是两者的代数和。而恒压激励不能直接提供活络度温度赔偿成效。但用恒压源激励时可在桥表串接热敏电阻或二极管以赔偿热活络度漂移。用恒流源激励时 ，这种活络度赔偿步骤便不起作用�？杉� ，恒压源激励和恒流源激励相互之间不能轻易互换。
通常精度丈量时用恒流源激励。恒压源激励时 ，丈量的精度取决于恒压源稳压器件的精度。
另表 ，又可将压力传感器的激励电源分为正比激励和固定激励。前者是将压力传器电桥直接接到电源上 ，当电源扭转时 ，压力传感器的活络度和零点都随之产生变动。后者内部有一个参照电压 ，压力传感器电桥由参照电压供电激励。参考电压是恒定的 ，与电源电压无关。只有电源电压在一指定电压领域内变动 ，参照电压不变。因而传感器的输出不变 ，不受电源电压的影响。
压力传感器能够用电池供电 ，但更普遍的是选取直流稳压电源技术。电池供电时噪声幼 ，但随电池使用 ，供电电压逐步降低 ，出格是当传感器用正比激励时 ，活络度便逐步减幼。这就会造成读数禁绝。因而要选取赔偿法子（例如压力传感器和A/ D 变换器共用一个电池供电） ,或者使用低功耗、幼电流的压力传感器 ，长命命电池 ，或者丈量压力时接上电源 ，丈量结束后 ，将电池关关节俭电能� ；簧闲碌绯睾� ，压力传感器必要沉新校准标定。这是由于分歧商标的电池其电动势、内阻都存在肯定的差距。压力传感器的电桥激励电压的变动会造成活络度的扭转。
1.5 作业方式
作业方式也是必要思考的沉要问题。例如传感器用于气体压力的丈量与液体压力的丈量时情况便分歧。气体是可压缩流体 ，增夺时会贮存肯定的压缩能 ，减压时又以动能开释出来 ，给传感器弹性膜施加冲击波。要求压力传感器有较大的过载能力。液体是不成压缩流体 ，在压力传感器装置时 ，拧紧螺拴又无可压缩空间则可使液体压力升高明过弹性膜的耐压极限 ，导致弹性膜分裂。由于这种情况每每产生 ，也要求压力传感器有较大的过压能力。
压力传感器的工作环境恶劣时 ，例如有大的振动、冲击 ，大的电磁滋扰 ，对传感器提出更为严格的要求。不仅过压能力强 ，并且要求机械密封靠得住 ，防松动 ，传感器装置正确。传感器自身的引线、引脚以及表导线都应加以电磁屏蔽 ，并将屏蔽优良接地。
此表 ，应试虑压力传感器与所测流体介质的相容性问题。例如传感器的弹性膜结构应与侵蚀性介质相隔开 ，此时采有不锈钢波纹套传感器 ，传感器内用硅油作传压介质。传感器检测易燃、易爆介质压力时 ，使用幼激励电流 ，预防弹性膜分裂时产生火花、火星 ，并增长压力传感器表套的耐压能力。
1.6 对温度的要求
用半导体芯片造备的压力传感器的特点是受温度的影响大 ，不仅存在热零点漂移还存在热活络度漂移。温度显著影响压力传感器的精度。为相识除温度的影响 ，就需利用各类温度赔偿技术。温度领域越宽 ，赔偿技术难度越大 ，且校准工作量越大 ，所能保障的全温度领域的精度便越低。为此应凭据压力传感器所利用的现实温度领域和精度要求提出合理的要求。
通常将压力传感器的使用温度领域分为四类：
通常贸易级 ，领域为- 10 - 60 ℃ ；工业级 ，领域为-25 - 80 ℃ ；军事级 ，领域为- 55 - 125 ℃ ；特殊级 ，领域为- 60 - 350 ℃。
压力传感器在室内利用时 ，可选择贸易级 ；有室表利用时可选择工业级。也能够采取措施使传感器与环境热隔离或进行加热或冷却 ，选择通常贸易级用在- 10 ℃以下或60 ℃以上的环境中。选择什么温度领域还应试虑传感器的电子学温度个性和机械温度个性。
1.7 对压力密封的要求
通常用的压力密封是橡胶垫（或称O 型环） 、环氧树脂、聚四氟乙烯垫、锥孔共同、管螺纹共同及焊接等方式。所用的密封资料决定了压力传感器的工作温度领域。
2 应 用
广义的讲 ，凡是利用压电资料各类物理效应组成的种类繁多的传感器 ，都可称为压力传感器。它们在工业、军事和民用等各方面得到肯定的利用。
压电式压力传感器可用来丈量压力领域为104 - 106Pa 、频率为Hz 至几十Hz （甚至上百千Hz） 的动态压力 ，在内燃机的气缸、油管、进排气管的压力丈量、枪炮的膛压、生物医学及航空航天等领域都得到宽泛的利用。
它们的弹性元件是由膜片、膜盒等把压力网络起来 ，转换成集中力 ，再传递给压电元件。为了保障静态个性及其不变性 ，通常多选取石英晶片并联组合方式。
压力传感器在利用中该把稳以下几点： （1） 确保弹性膜片与后传力件有优良的面接触 ，用以实现减幼滞后与线性误差 ，提高静、动态个性 ； （2） 传感器的基体和壳体要有足够刚度 ，保障被测压力可能尽可能地传递到压电元件上： （3） 压电弹性元件的选择要思考到频率覆盖：弯曲（014 -100kHz） ,压缩（40kHz- 15MHz） ,剪切（100kHz - 125MHz） ; （4） 涉及传力的元件要选取大声速资料和扇薄结构 ，以利于急剧、无损失的传递弹性元件的弹性波 ，提高动态个性： （5）要思考加快度、温度等环境滋扰的赔偿。
3 结 论
近几年来 ，我国压力传感器技术在蓬勃发展 ，利用领域也在迅速扩大。由于压力传感技术所涉及的技术宽泛 ，险些渗入到各个专业领域 ，因而 ，对压力传感器新理论的探求、新技术与新步骤的利用、新资料和新工艺的钻研将成为发展趋向。
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