包含板载压力传感器的注意事项

在本文中，了解什么是板装式压力传感器、它们的工作原理、它们的优点、应用以及如何为设计选择一个。

板载压力传感器（图 1）已被用于许多应用，包括医疗设备、工业自动化和 HVACR。但为什么他们会被选择而不是更传统的压力传感系统？

图 1：板载压力传感器示例。图片由霍尼韦尔提供

板装式压力传感器，顾名思义，是设计用于安装在 PCB（印刷电路板）上的压力传感器，从而成为电子组件的集成部分。虽然一些传感器设计用于评估传感器和固体物体之间的物理接触压力，但其他传感器专门用于测量液体或气体的压力。

板载传感器的优点

一般而言，板装式压力传感器的优势在于将传感器和 ASIC（专用集成电路）集成在单个芯片上，即使在非常拥挤的 PCB 上也易于放置。

这样的做法：

• 降低零件成本
• 简化设计复杂性
• 降低系统占用空间
• 提高传感器实施的设计灵活性

此外，其中一些传感器将校准、放大和温度补偿集成到单个封装中：

• 提高系统正常运行时间
• 使更换传感器变得更加容易
• 为压力测量系统打造更紧凑、更轻便的空间。

另一个好处是这些传感器如何设计用于在高湿度和/或暴露于各种流体和气体的环境中工作。这允许传感器直接暴露于被测介质，这在呼吸机或睡眠呼吸暂停机等应用中非常重要（见图 2）。

图 2：睡眠呼吸暂停机器中使用的传感器示例图。图片由霍尼韦尔提供

最后，某些类型的此类传感器可提供极高的准确度以及良好的精度、分辨率和可重复性，所有这些在许多设备中都至关重要。

压力传感器的压力类型

几乎所有的板载压力传感器都依赖于某种类型的微结构（例如，隔膜），其电气特性的变化与变形时所经历的变形成正比。

电气特性可能包括电容、电阻或电荷的变化，所有这些都可以测量并转换为电信号。

压力传感器测量的三种压力是：

• 表压 , 相对于大气压的压力
• 压差 , 两点之间的压力差
• 绝对压力， 相对于 0 psi 的压力

在大多数情况下，表压传感器提供的输出与大气压力的任何变化成正比，而压差则基于两个端口之间的压力测量。最后，绝对压力传感器使用内部真空参考，通常用于测量气压变化或高度变化。

应用：医疗和工业

板载压力传感器用于许多不同的应用和行业（图 3），从任务关键型医疗设备到自动化制造。

它们可用于 HVACR 检测过滤器堵塞、协助环境监测和 IAQ（室内空气质量）以及建筑节能。

这些压力传感器还可以很好地测量管道静态压力、检测过滤器的存在以及支持 VAV（可变风量）控制。

图 3：可以应用此类传感器的两个示例应用分别是医疗设备（左）和工业环境（右）。图片由霍尼韦尔提供

医疗行业

在医疗行业，它们已被证明在各种设备中不可或缺，包括：

• 呼吸机
• 麻醉机
• 医院房间气压
• 肺活量计

板载压力传感器还用于与血液分析、透析、离心以及氧气和氮气等气体分配相关的设备。

工业

在工业环境中，这些传感器用于：

• 通用机械
• 状态监控
• IIoT（工业物联网）设备
• 工业 4.0
• 机器人

这些传感器用于工业环境，具有：

• 气动空气控制
• 过程控制
• 泄漏检测
• 天气控制系统
• 真空开关
• 高度表
• 晴雨表

选择传感器：规格和特性

在选择板装式压力传感器之前，了解这些传感器的一些关键规格和特性非常重要。

对于此类传感器的规格，通常包括输出信号范围和电源电压。此外，必须选择输出信号是比例式 VDC 模拟还是数字 I ² C 或串行外设接口 (SPI)，可直接连接到微处理器或微控制器。

模拟或数字也会影响数据值的更新频率，通常以 kHz 为单位。

至于板载压力传感器的基本特性，通常包括：

• 范围 - 传感器可以准确检测的最小和最大压力
• 分辨率 - 必须存在的最小压力变化，以便输出信号反映它

请记住，范围和分辨率之间存在关系：范围越大，可能的分辨率越低，反之亦然。

除了标准压力特性外，最好考虑爆破压力。某些应用（包括医疗领域的应用）可能涉及清洁或卫生程序，这可能会导致暂时但显着的压力增加。压力尖峰虽然是瞬时的，但仍然超过了设备的超压限制。

另一个需要考虑的关键特性是温度。由于温度对压力有显着影响，因此一些（但不是全部）板载压力传感器针对以下因素进行了温度补偿：

• 传感器偏移
• 灵敏度
• 温度影响
• 非线性。

这种温度补偿通常是通过使用板载 ASIC 来实现的。

表示传感器报告的压力值与被测实际压力的接近程度的精度也很重要。

精度报告为压力传感器满量程 (FS) 或满量程带跨度 (FSS) 的百分比。也可以用总误差带 (TEB) 来报告，它表示传感器在温度补偿范围内的精度。

这些传感器的最后一个特征涉及其使用的介质类型（例如，流体、干燥气体）以及介质是否必须满足其他要求，例如非腐蚀性或非离子性。

虽然这些只是一些规格和注意事项，但在选择选择哪种压力传感器时需要考虑每一项。

霍尼韦尔的 TruStability 标准精度硅陶瓷 (SSC) 产品线

总体而言，这些传感器对于需要小尺寸和直接接触介质的应用非常有益。如果正确选择和集成，它们可以证明是高度可靠的，并且在很宽的压力范围内具有出色的精度。

霍尼韦尔 TruStability 标准精度硅陶瓷 (SSC) 产品线是非离子、非腐蚀性气体和液体（包括空气和其他干燥气体）的一种选择，压力范围为 ±1.6 mbar 至 ±10 bar (±160 Pa 至 ±1 MPa）。

该系列传感器已针对传感器偏移、非线性、灵敏度、温度影响（-20°C 至 85°C）进行校准和温度补偿，使用板载 ASIC，支持高爆破压力，并符合 IPC/JEDEC J-STD-020D.1 湿气敏感度1级要求。

这些传感器可以测量表压、差压和绝压，并支持比例模拟和 I ² C/SPI 数字输出。

此外，这些传感器包括：

• 读数更新为 2 kHz 数字和 1 kHz 模拟
• 总误差为 ±2% FSS 至 ±5% FSS，具体取决于压力范围，行业领先的精度水平为 ±0.25% FSS BFSL。
• 支持睡眠模式以提高能源效率。
• 多种端口和外壳配置可缩短工程师的设计和开发时间。

Sager Electronics 是 Honeywell Sensing 和 IoT 的授权库存分销商，提供范围广泛的 TruStability 板装压力传感器以及其他传感器和开关解决方案。单击此处了解有关这些传感器的更多信息，或访问 sager.com 上的霍尼韦尔目录。

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