压力传感器的选择及应用

0  前 言

现代测量技术涉及到众多的非电量，如重量、力和力矩、加速度、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测量时非常困难和不方便，需用一种转换装置将其转化为易于测量、传输和处理的电量，这种装置就是传感器。传感器的种类很多，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 % ,具有广阔的应用前景。不同技术性能的压力传感器应用于不同的测量需求己成为当前压力传感器发展和应用的一个重要课题。

　1  压力传感器的选择

随着现代测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品种繁多，规格及技术性能不一，价格差别也很大。摆在使用者面前的问题是，应选用怎样的压力传感才能满足需要？ 哪些指标是最重要的？ 应考虑哪些问题？ 这就涉及到传感器的选用。选用的原则便是以最经济的价格买到满足其用途、压力量程、精度要求、温度范围、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、稳定，测量准确。以下是选用压力传感器时必须考虑的几个重要方面。

1.1  用 途

由于结构不同，压力传感器可以分为测定绝对压力、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，因此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、四季中大气中水汽含量的变化以及不同地点和组成大气的各种气体的含量的变化有关。因此，所测得的相对压力便与上述因素有关。此外，还可从传感器弹性膜两侧分别导人流体压力，这样能测定流体不同地点或流体间的差压。针对不同用途应选用不同结构的压力传感器。

1.2  压力量程范围

压力传感器的压力适用范围是分级的。这是因为压力传感器的弹性膜承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破裂了。一般来说，每一传感器都有20 - 300 %的过压能力。因此，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必要的。

压力量程的选用应主要考虑三个方面的因素：

即传感器的最大过压能力、精度与压力量程的关系和传感器的价格与压力量程的关系。

对于传感器的最大过压能力，传感器承受静压力与动压力情况下是有很大区别的。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。如果选用的最大工作压力量程是指静压力的话，传感器在承受动压力时，应选用较大的过压能力。否则冲击压力很容易达到极限耐压，使压力传感器受到破坏。

对于精度与压力量程的关系。压力传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移系数及非线性误差是影响传感器精度的重要指标。对同一压力传感器来说，热零点漂移系数随工作压力增加而减小，而热灵敏度系数和非线性误差随工作压力增加而增加。因此，工作压力增加有利于减小热零点漂移，而不利于热灵敏度漂移和非线性误差。热零点漂移比较大时，提高工作压力量程有利于提高压力传感器的精度。热零点漂移比较小时，减小工作压力量程有利于提高精度。对不同压力量程的传感器来说，灵敏度是不同的。低压力量程传感器的灵敏度高分辨率自然也高。

对于传感器的价格与压力量程的关系，一般来说，013 - 1MPa 的压力传感器的价格较便宜，011MPa以下或1MPa 以上的压力传感器价格比较贵。测定2- 3kPa 压力时可选购10 - 50kPa 的压力传感器。特别是使用者自己设计和选用补偿电路时，能使精度进一步提高。这样可以使成本大幅度降低。一般而言，质量好的压力传感器，满量程输出都可以达到100mV/ 10V. 如果只用一半的压力量程，则对应的输出便只有50mV/ 10V. 因此最大工作量程应尽可能接近产品说明书上所标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控制。特别对前一用途，对它提出比较高的精度要求。由于用半导体芯片制成的压力传感器的精度受温度的影响，因此应注意传感器的使用温度范围。

静态精度是指某一特定温度（室温25 ℃） 下应达到的精度。可以分为四档：0101 - 011 %FS 为超高精度：011 - 1 %FS 为高精度：1 - 2 %FS 为普通精度；2 - 10 %FS 为低精度。

全温度范围精度是指压力传感器在整个使用温度范围内都应达到的精度。同样可以分为四档：

0101 - 011 %FS;011 - 1 %FS;1 - 2 %FS;2 - 10 %FS. 静态精度达到011 - 1 %FS ,也许全温度范围精度只够1 - 2 %FS ,甚至只够2 - 10 %FS.

对使用者来说，往往希望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，必然在制作过程中增添了许多附加工艺以及校淮过程和补偿技术，相应成本提高了，当然其售价也随之大幅度增加。因此应根据压力传感器实际应用场合和要求，提出合理的精度要求及相应的温度范围。