壓力傳感器選型的5大影響因素
?壓力
首個(gè)也是重要的因素是壓力。為確保正確的傳感器選型，必須先 明確一些問(wèn)題：壓力測(cè)量范圍多大、高壓力多少、系統(tǒng)過(guò)壓概率 有多少。 在明確上述與您的應(yīng)用緊密相關(guān)的問(wèn)題后，建議您繼續(xù)查閱壓力傳感器的規(guī)格參數(shù)表并針對(duì)下列問(wèn)題找到相應(yīng)參數(shù)值：耐受壓力（不 會(huì)降低傳感器性能指標(biāo)的大作用壓力）破裂壓力（會(huì)破壞傳感器 膜片或外殼并引起泄漏的壓力）。根據(jù)廠家的技術(shù)參數(shù)表可以在網(wǎng) 上很容易地找到這些問(wèn)題的解答，但正規(guī)廠家一般都會(huì)有應(yīng)用工程 師與您深入探討應(yīng)用要求。
介質(zhì)
傳感器的任何接液表面都必須與介質(zhì)兼容，如機(jī)油、制動(dòng)液、制冷 劑、液壓油、海水、廢水、自來(lái)水、氧氣、壓縮空氣和氮?dú)獾取＿€要特別注意一些侵蝕性介質(zhì)，如氨水、離子水、鹽水、氫氣、酸和 航空煤油。另外，還要確保膜片、接頭和焊縫都與介質(zhì)兼容。這些 信息一般在產(chǎn)品參數(shù)表中都有說(shuō)明，但知名廠家都會(huì)安排技術(shù)支持 人員幫助您解答可能遇到的其他問(wèn)題。
?溫度
溫度因素包括環(huán)境溫度和過(guò)程介質(zhì)溫度。傳感器能否在大部分環(huán)境 和過(guò)程介質(zhì)溫度下工作，這是一定要清楚的。當(dāng)應(yīng)用涉及到高溫， 導(dǎo)致一些安裝似乎很棘手甚至不可能時(shí)，建議用戶咨詢傳感器廠家 尋求解決方案。比如，您的應(yīng)用涉及到300°F的蒸汽，但您只能找 到高工作溫度不超過(guò)150°F的傳感器。 這時(shí)可以在蒸汽管線和傳感器之間跨接管道（甚至短至12英寸，具 體取決于環(huán)境）來(lái)予以解決，這樣高溫就可以散發(fā)到大氣中去了。
環(huán)境
傳感器的工作環(huán)境需要周密的調(diào)查，其中不僅包括溫度和濕度，而 且包括侵入防護(hù)。有時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)沒(méi)有說(shuō)明應(yīng)用所需的侵入防護(hù)， 因此用戶就要對(duì)重要部件（比如工業(yè)壓力傳感器）進(jìn)行特殊的測(cè) 試。用戶好是聯(lián)系傳感器廠家來(lái)一起探討侵入防護(hù)要求。 其他因素包括傳感器可能會(huì)碰到的沖擊和振動(dòng)，尤其是在機(jī)車或消 防車這類更嚴(yán)酷的應(yīng)用中。如果空間狹小，應(yīng)選擇尺寸較小的產(chǎn) 品。進(jìn)一步要考慮的安裝因素是位置和朝向。在這方面?zhèn)鞲衅鲝S家 有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，可能碰到過(guò)類似要求，能提供些有益的建議。
?精度
傳感器的精度是線性度（曲線與直線的擬合度，見(jiàn)圖1）、 遲滯（連續(xù)作用相同的先增后減的壓力時(shí)傳感器保持輸出不變的能 力1，見(jiàn)圖2）以及重復(fù)性（在連續(xù)作用相同壓力時(shí)傳感器產(chǎn) 生相同輸出的能力2，見(jiàn)圖3）共同作用的結(jié)果。在每個(gè)型號(hào) 的技術(shù)規(guī)格表中都能找到精度。常見(jiàn)的精度等級(jí)為滿量程輸出的 ±0.25%。如需更高的精度，市面上還可提供±0.10%的型號(hào)。
圖1：線性度曲線圖（佳擬合直線法）
圖1：線性度曲線圖（端點(diǎn)法）
圖2：遲滯曲線圖
圖3：重復(fù)性曲線圖
影響傳感器選型的3大設(shè)計(jì)因素
結(jié)構(gòu)/機(jī)械設(shè)計(jì)堅(jiān)固性
在探討新傳感器安裝和壓力、介質(zhì)、溫度及環(huán)境的關(guān)系后，現(xiàn)在是 看一下傳感器結(jié)構(gòu)的時(shí)候了。首先，應(yīng)首選具有整體焊接結(jié)構(gòu)的產(chǎn) 品，這有助于實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固設(shè)計(jì)。其次，還要注意連接器在傳感器外殼 上的焊接牢固度。再者，確保廠家能提供種類齊全的壓力接頭，包 括標(biāo)準(zhǔn)1/4"和1/8" NPT和定制的過(guò)程接頭。
市售工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電氣連接器種類也很多。由于傳感器一般不帶與之配 套的電氣連接器，務(wù)必確保另購(gòu)的電氣連接器能夠與現(xiàn)場(chǎng)連接器相 匹配。根據(jù)傳感器相鄰設(shè)備的噪聲等級(jí)，所選電氣連接器還要能夠 保證傳感器信號(hào)完整性。
一些傳感器為避免連接器針腳生銹需要防潮處理，而一些更堅(jiān)固的 傳感器設(shè)計(jì)則能適應(yīng)潮濕環(huán)境。要隔離表壓傳感器（以大氣壓為基 準(zhǔn)的傳感器）時(shí)，可以將產(chǎn)品從潮濕的環(huán)境中移走，放置到附近的 密封接線盒中，再通過(guò)線管與大氣相連通。在接線盒中放置干燥劑 可以進(jìn)一步防止傳感器受潮。
如果擔(dān)心在惡劣環(huán)境中傳感器保護(hù)不力，則所選產(chǎn)品的外殼防護(hù)等 級(jí) (IP) 要能滿足安裝需求。傳感器防護(hù)等級(jí)類別很多。例如，IP65 型完全防塵防噴水，IP67型防塵、防短時(shí)間浸水，而IP69K型號(hào)則 適用于高壓、高溫場(chǎng)合。若存在液體滲入風(fēng)險(xiǎn)，則必須使用密封電 纜。
對(duì)于工業(yè)制冷等戶外應(yīng)用，還必須滿足OEM提出的額外要求以提 供連續(xù)、精確的測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)冰凍/解凍循環(huán)后，傳感器必須 能夠恢復(fù)正常工作狀態(tài)并提供精確的測(cè)量結(jié)果。
此外，產(chǎn)品還應(yīng)通過(guò)EMC認(rèn)證，能夠耐受諸如大型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電 磁干擾，避免出現(xiàn)感應(yīng)電壓并產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。而且，傳感器結(jié)構(gòu)還 應(yīng)具有較高的耐振動(dòng)沖擊性能。盡量避免使用環(huán)氧樹(shù)脂、內(nèi)部彈性 體和O形圈來(lái)密封傳感器，否則它們會(huì)與某些過(guò)程介質(zhì)（如制冷 劑）產(chǎn)生不良反應(yīng)。同樣還要避免使用壓接或螺紋密封外殼以避免 出現(xiàn)滲水問(wèn)題。產(chǎn)品焊點(diǎn)要越少越好。在某些環(huán)境（例如極 端的振動(dòng)）中焊點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題。由于很難保證焊接 質(zhì)量一致性，并且在投入應(yīng)用前往往很難找到不良焊點(diǎn)，所以要避 免手動(dòng)焊接。
型號(hào)配置越多越好，必要時(shí)可訂購(gòu)除壓力外還有多種輸出選項(xiàng)的型 號(hào)，例如溫度、psi或bar壓力范圍、復(fù)合壓、表壓或密封表壓類型。
傳感器規(guī)格參數(shù)表上還有一些信息可能對(duì)應(yīng)用很重要。例如是否符 合CE和RoHS標(biāo)準(zhǔn)以及是否通過(guò)UL認(rèn)證。參數(shù)表還會(huì)列出疲勞壽 命，一般約為108次循環(huán)。還要了解傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 – 在相對(duì) 較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持性能特性的能力，例如優(yōu)于±0.1% FS/年。
充油傳感器添加了具有不同熱力系數(shù)的材料，可能會(huì)降低穩(wěn)定性， 宜盡量避免使用。隨著油溫的波動(dòng)，傳感特性會(huì)因膜片而發(fā)生變 化。當(dāng)溫度升高時(shí)油液膨脹，向膜片施加壓力，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的壓力 讀數(shù)。更嚴(yán)重的是，一旦膜片破裂，介質(zhì)就會(huì)被油液污染。高壓傳 感器不得使用陶瓷技術(shù)，盡管它們具有極好的線性度，但陶瓷易碎 且其破裂壓力低于其他類型的傳感器。
電路設(shè)計(jì)堅(jiān)固性
當(dāng)前，濺射薄膜應(yīng)變計(jì)技術(shù)被視為是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的新科技。這 類傳感器使用成熟的惠斯通電橋原理（見(jiàn)圖4）。這種設(shè)計(jì)的原理 是將分子層濺射到17-4 PH不銹鋼膜片上，蝕刻出具有出色電阻特 征和均勻性的電路。濺射薄膜技術(shù)將應(yīng)變計(jì)沉積在傳感膜片背面， 直接接觸介質(zhì)，使之具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高度精確、外形緊湊的特點(diǎn)。
圖4 惠斯通電橋原理圖
該方法幾乎消除了漂移，同時(shí)提高了靈敏度。這種技術(shù)將緊湊的設(shè) 計(jì)和良好的溫度穩(wěn)定性有機(jī)結(jié)合在一起。由于電路是蝕刻而成的， 不含易分解易脫落的膠水或環(huán)氧樹(shù)脂，因此測(cè)量精度更好。
在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)變計(jì)與彈性圓形膜片合二為一，接線至惠斯通電 橋來(lái)測(cè)量壓力變化。膜片在受到系統(tǒng)壓力而發(fā)生位移時(shí)將與壓力成 比例的表面應(yīng)力作用在應(yīng)變計(jì)上，由此產(chǎn)生一個(gè)線性比例模擬電氣 輸出信號(hào)，一般是通過(guò)兩根導(dǎo)線輸出4-20 mA。
這種電路設(shè)計(jì)還具有其他特性。例如線性溫度補(bǔ)償。因?yàn)闃O端溫度 波動(dòng)會(huì)對(duì)傳感器輸出信號(hào)產(chǎn)生不利影響，所以溫度是個(gè)很重要的影 響因素。為避免這類問(wèn)題，帶溫度補(bǔ)償能力的傳感器通過(guò)對(duì)輸出信 號(hào)進(jìn)行電子調(diào)節(jié)來(lái)抵消介質(zhì)中的已知溫度誤差。產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)表會(huì) 詳細(xì)說(shuō)明補(bǔ)償溫度范圍。
該設(shè)計(jì)還縮短了從膜片到中間電路板和從電路板到連接器的電路連 接。連接更短意味著可能會(huì)引起故障的振動(dòng)更小。
模塊化傳感器設(shè)計(jì)的額外好處是縮短設(shè)計(jì)周期，滿足客戶的個(gè)性化 要求。由于傳感器是模塊化的，其各種組件–外殼、電路板、膜 片、端子、壓力端口、過(guò)程連接、接頭等 – 都能夠很快地從庫(kù)存中 獲得，實(shí)現(xiàn)快速裝配和發(fā)貨。
在確定OEM壓力傳感器之前，應(yīng)選擇一家會(huì)對(duì)每個(gè)傳感器 進(jìn)行校準(zhǔn)并在整個(gè)工作范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定性和線性度測(cè)試的供應(yīng)商。
供應(yīng)商的供應(yīng)鏈和設(shè)計(jì)控制
市場(chǎng)上從事工業(yè)OEM壓力傳感器的設(shè)計(jì)與制造的供應(yīng)商參次不齊。好是與一家自身供應(yīng)鏈控制力強(qiáng)的供應(yīng)商合。在選型上如 果沒(méi)有明確把握，例如涉及到極端溫度、壓力或環(huán)境，明智的做法 是先聯(lián)系供應(yīng)商對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。盡管用戶或許會(huì)認(rèn)為應(yīng)用過(guò)于特 殊，棘手甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但壓力傳感器供應(yīng)商肯定以前多次碰到 過(guò)，從而能夠向您推薦可行的方案。這樣的供應(yīng)商既能幫助客戶分 析以前的問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)及過(guò)去的故障，又能提供熱線服務(wù)、技術(shù) 文檔、疑難解答及指導(dǎo)，確保傳感器長(zhǎng)期正常運(yùn)行。在這里深圳工采網(wǎng)是您忠實(shí)的合作伙伴，http://www.isweek.cn/ 工采網(wǎng)Isweek致力于為全球工業(yè)科技產(chǎn)品的采購(gòu)商、供應(yīng)商、貿(mào)易商、制造商提供全產(chǎn)業(yè)鏈的一站式產(chǎn)品銷售和采購(gòu)的整體解決方案和服務(wù)，給會(huì)員客戶提供品質(zhì)優(yōu)良的原裝產(chǎn)品和完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)。有詳盡的壓力傳感器產(chǎn)品線，有成熟的解決方案，對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域都有相關(guān)涉及，應(yīng)用性問(wèn)題都能較好的得到解決。
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