壓力傳感器的選擇與應用

0 前 言

現代測量技術涉及到眾多的非電量，如重量、力和力矩、加速度、壓力、流量等力學量；溫度、熱量等熱學量，以及氣體、液體的成分、濃度等化學量。這些物理量進行直接測量時非常困難和不方便，需用一種轉換裝置將其轉化為易于測量、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，就市場銷售額來看，居傳感器之首，并且每年增長率達20 % ,具有廣闊的應用前景。不同技術性能的壓力傳感器應用于不同的測量需求己成為當前壓力傳感器發展和應用的一個重要課題。

1 壓力傳感器的選擇

隨著現代測量和自動化技術的發展，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，規格及技術性能不一，價格差別也很大。擺在使用者面前的問題是，應選用怎樣的壓力傳感才能滿足需要？ 哪些指標是最重要的？ 應考慮哪些問題？ 這就涉及到傳感器的選用。選用的原則便是以最經濟的價格買到滿足其用途、壓力量程、精度要求、溫度范圍、電和機械要求的壓力傳感器。

傳感器裝到設備上后，運行正常、穩定，測量準確。以下是選用壓力傳感器時必須考慮的幾個重要方面。

1.1 用 途

由于結構不同，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，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。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。此外，還可從傳感器彈性膜兩側分別導人流體壓力，這樣能測定流體不同地點或流體間的差壓。針對不同用途應選用不同結構的壓力傳感器。

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。

壓力量程的選用應主要考慮三個方面的因素：

即傳感器的最大過壓能力、精度與壓力量程的關系和傳感器的價格與壓力量程的關系。

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別的。后者往往會出現沖擊壓力，甚至沖擊波。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。

對于精度與壓力量程的關系。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。因此，工作壓力增加有利于減小熱零點漂移，而不利于熱靈敏度漂移和非線性誤差。熱零點漂移比較大時，提高工作壓力量程有利于提高壓力傳感器的精度。熱零點漂移比較小時，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。

對于傳感器的價格與壓力量程的關系，一般來說，013 - 1MPa 的壓力傳感器的價格較便宜，011MPa以下或1MPa 以上的壓力傳感器價格比較貴。測定2- 3kPa 壓力時可選購10 - 50kPa 的壓力傳感器。特別是使用者自己設計和選用補償電路時，能使精度進一步提高。這樣可以使成本大幅度降低。一般而言，質量好的壓力傳感器，滿量程輸出都可以達到100mV/ 10V. 如果只用一半的壓力量程，則對應的輸出便只有50mV/ 10V. 因此最大工作量程應盡可能接近產品說明書上所標明的該壓力傳感器的量程級。