压力传感器的未来如何设计及未来发展方向
压力传感器随处可见,但是你知道它的内部结构么?选择正确的技术很关键,在极端环境下这点尤其重要。
回到机械和压力表的时代,大多数的设计都是基于一个原型,然而,当进入了电子传感器时代,一种全新的测量技术产生了。你是否应该关注这种传感器的设计?它是否采用了电磁技术?它是电容性的么?它更偏向于应变仪还是晶振?你到底应该对此给予多少关注?
对于普通的应用场合,任何一种方法都可以满足需求,然而,如果你需要极高的性能,或者需要考虑极端条件的时候,优劣自分。
评价压力传感器技术应对如下诸多参数进行考核:
■ 精度(读数与真值之间的误差)
■ 线形度(信号对应于压力变化的线性度)
■ 重复性(对同一压力的读数差异)
■ 磁滞现象(不同点回归现象)
■ 耐久度(可以承受多次高/低压循环)
■ 稳定性(能够保持读数稳定)
■ 抗电磁干扰性(对本地EMI的抗性)
■ 温度区间(可以忽略过程温度变化/环境温度极限)
■ 物理敏感性/抗干扰性(抗压力、撞击和振动)
■ 运行区间(适合工作压力)
■ 时效模式(可视化读数,释放或污染过程流)
■ **性(可以用于危险区域或者不可以 )
■ 功耗(可以电池供电或者不可以)
■ 输出信号(何种格式,模拟/数字)
■ 材料(温度极限,抗腐蚀性)
■ 体积
■ 费用 其中一些参数可以测量并在生产商资料中给出,但是其他却很难明确指定。例如,世上任何设计都会有精度和温度限制,但是稳定性和抗干扰性就不那么容易量化,更别提比较。一些参数与传感器技术本身有关,一些由信号处理或用例设计来决定。
膜片一边的压力会导致膜片形变,电子测量技术实际上都是基于对此形变的测量。在不同方向上,可能有2个或者1个膜片。生产厂商所用的膜片的不同,导致测量形变所代表的意义也不同。
主要的技术是电容测量、压电测量和应力测量。较少使用的方法包括共振频率、电化学、磁力或其他技术。每一种技术都有其优点和局限性。
有多少种设计
有些公司专注于一种到两种方法,并将其扩展。有些公司提供多样化的产品和技术。例如,Endress+Hauser公司的陶瓷膜片电容传感器。压力产品部经理Mark Repko说道:“我们的Ceraphire陶瓷膜片传感器提供了高精度和高稳定性的压力测量,在很多金属膜片容易失效的场合它都表现出色,例如高温真空环境、打浆机、化学腐蚀和经常的过压(例如水锤)。”
Crystal Engineering公司的设计采用了油浸硅晶体压阻技术。市场部主管Miranda Battenburg说道:“我们的仪表是电子式的,所以没有运动部件,更不会被振动或者移动影响,这对于加工工场和精炼厂是理想的选择。膜片以硅树脂油为载体,传感元件直接感测由油传过来的压力,而不与膜片直接接触。这可以保护传感元件免受流经化学物质的损坏。”
横河改变方向,开发出了两种采用新传感技术的方法。变送器产品经理Allen Erwin说道:“1990年,横河开发了****的电子压力传感器,代替差分电容和抗压阻技术。抗压阻和电容技术始于20世纪60年代,我们采用数字传感器的DP harp系列压力变送器代表了*新的压力传感技术。此技术所带来的性能、特性和收益上的改进对很多新产品起到了推动作用。”
对传统的机械技术进行了电子化升级,Ashcroft公司的模拟直读波登管压力表可以提供电子输出。Ashcroft公司的压力变送器产品经理Mark Zabawa说道:“Xmitr设计基于涡流传感器,这将波登管的机械振动转换成电子信号。波登管上有标尺,在两线圈之间移动,提供与被施加压力相符合的信号。这为用户提供嵌入设备本身的本地和远程压力读数,并可以与现有压力控制系统直接接口。”
其他公司采用更多的技术,为相应工作提供相应工具。霍尼韦尔传感与控制公司的压力器具全球工程负责人Lamar F.Ricks说道:“霍尼韦尔传感与控制公司在传感器工业中由*广泛的压力传感技术组合。S & C 压力产品中所使用的技术包括粘贴式应变计、粘贴箔式应变计、压阻式力敏硅传感器、油浸型压阻式力敏硅传感器、薄膜、先进厚膜(ATF)和表面波。”
有如此多的可选技术,如何决定向客户推荐哪种技术?Rick补充道:“油浸型压阻式力敏硅传感器技术或许是压力变送器产品中选用*广泛的技术了,它是一种带有过程记录的高度可靠稳定的技术,采用了媒介隔离压力传感解决方案,适用于重载和恶劣环境中的压力传感应用,可以与牌号316的不锈钢兼容使用。先进厚膜(ATF)应变计技术虽然是*近产生的,但是已经经过了实践考验,具有很多****的优点和性能优势,尤其适用于某些特定应用领域,例如水力学。基于ATF技术的解决方案具有高可靠性,在动态压力环境中提供平均故障时间间隔。”