壓力傳感器的選擇與應(yīng)用

0 前 言

現(xiàn)代測量技術(shù)涉及到眾多的非電量，如重量、力和力矩、加速度、壓力、流量等力學(xué)量；溫度、熱量等熱學(xué)量，以及氣體、液體的成分、濃度等化學(xué)量。這些物理量進(jìn)行直接測量時(shí)非常困難和不方便，需用一種轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)化為易于測量、傳輸和處理的電量，這種裝置就是傳感器。傳感器的種類很多，壓力傳感器是其中最成熟的技術(shù)，就市場銷售額來看，居傳感器之首，并且每年增長率達(dá)20 % ,具有廣闊的應(yīng)用前景。不同技術(shù)性能的壓力傳感器應(yīng)用于不同的測量需求己成為當(dāng)前壓力傳感器發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要課題。

1 壓力傳感器的選擇

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(jià)格差別也很大。擺在使用者面前的問題是，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(jià)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(shí)必須考慮的幾個(gè)重要方面。

1.1 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(shí)，傳感器內(nèi)自身帶有真空參考壓，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。

1.2 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?yàn)閴毫鞲衅鞯膹椥阅こ惺芰黧w壓力有一個(gè)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 - 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(gè)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(jià)格與壓力量程的關(guān)系。

對于傳感器的最大過壓能力，傳感器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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(jià)格與壓力量程的關(guān)系，一般來說，013 - 1MPa 的壓力傳感器的價(jià)格較便宜，011MPa以下或1MPa 以上的壓力傳感器價(jià)格比較貴。測定2- 3kPa 壓力時(shí)可選購10 - 50kPa 的壓力傳感器。特別是使用者自己設(shè)計(jì)和選用補(bǔ)償電路時(shí)，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100mV/ 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。