原创全国产压力传感器选型

 2024-6-12 17:11  163 3 3 分类: MCU/ 嵌入式

1 压力传感器简介

压力传感器是指将接收到的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号（4~20mADC），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节的元器件。它主要是由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成的（进气压力传感器）。压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。

1.1 组成压力传感器由三部分组成：

敏感元件。直接感知被测量并输出与压力有一定关系的其他量的元件（即弹性体，比如弹簧、梁、波纹管、膜片等）
转换元件。将敏感元件的输出转换成后续电流处理的功率输出（应变片、压电晶体、电容等）
信号处理电路。转换元件输出的信号进行放大、滤波、供后续处理

1.2 分类

根据敏感元件和转换元件的不同，压力传感器可以分为应变式、压阻式、电容式、压电式、振频式、光电式、光纤式、超声式。常用的有以下四种：

应变式压力传感器。应变式压力传感器主要通过测量弹性元件应变来测量压力的传感器。根据制作材料的不同，应变元件分金属及半导体。当导体与半导体材料出现机械变形时，其电阻值会发生变化。
压阻式压力传感器。压阻压力传感器是采用单晶硅材料的压阻效应及集成电路制作而成的传感器。单晶硅材料受到力的作用，电阻率会出现变化，此时通过测量电路，正比于力变化的电信号就会输出。和粘贴式应变计有所不同，主要通过硅膜片感受被测压力的。
电容式压力传感器。电容式压力传感器主要采用电容，将被测压力转成电容值改变的压力传感器。电容器的电极选择圆形金属薄膜或镀金属薄膜，当薄膜感受压力出现变形，此时电容量发生变化，形成电信号。
压电式压力传感器。压电式压力传感器采用压电效应，用电气元件和其他机械将压力转换成为电量，再进行相关测量工作的仪器。

2 压力传感器选型① 确定压力传感器量程

正常使用时（静态测量时），传感器的测量一般考虑被测力值，量程一般选用被测力值的1.2~1.5倍；
动态使用时，传感器的量程一般选取所测力的3~5倍；
考虑当有设备最大出力时（伺服电机、气缸等出力有过冲力），需要考虑过冲力对传感器的影响，传感器的量程要大于过冲力的2倍。

② 确定传感器精度

传感器的精度要根据测量系统对传感器的要求来定；
传感器的精度，要结合线性、滞后、蠕变、重复性、灵敏度等性能参数的影响综合考虑；
传感器的灵敏度，决定传感器的分辨率，同时决定系统分辨率。

传感器的性能包括静态特性和动态特性。静态特性是指传感器的输入不随时间变化时，输出和输入之间的关系；动态特性是指传感器的输入随时间变化时，传感器输出和输入之间的关系。
静态特性指标：线性度、分辨率、灵敏度、迟滞、重复性、漂移。

线性度：传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度；
分辨率：传感器能感受到被测量最小变化的能力；
迟滞：传感器在输入量由小变大（正行程）及输入量由大变小（反行程）变化期间其输入-输出特性曲线不重合的现象；
重复性：重复性是指传感器输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度；
蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象；
漂移：输入量不变的情况，传感器输出随时间变化的现象。

动态特性指标：上升时间、峰值时间、调节时间、超调量、衰减比、振荡频率、振荡周期、振荡次数、最大偏差等。
③ 安装方式

固定的方式：螺旋固定、平面固定、附件固定
安装空间：传感器的尺寸要求

④ 受力方式&力的种类

点受力、面受力、孔径受力等
测压力、拉力、扭力等

⑤ 使用环境要求：温湿度、IP等级要求、防爆等级要求等⑥ 供电要求：主要指的是供电电压。
3 其他说明 压力传感器选型时，很多性能参数的指标事先是无法确定的，比如迟滞、蠕变等，因此最重要的是确定压力传感器的测量范围以及精度（灵敏度、分辨率）要求，这两点确定以后，其他参数可以通过信号处理电路来调节，一般都能调节到位。

4 压力传感器的应用 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。

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