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          如何选择适用于关键环境的正确压力传感器

          来源: 作者: 发布日期:2020-10-23

                       选择低差压换能器(DPT)进行重症监护通风是机械设计师,工程师和建筑师可以做出的非常重要决定之一。这些传感器可以对关键环境中的隔离室压力进行精确的监视和污染控制。如果正确选择和安装它们,则有助于防止结核病(TB)等传染性疾病的传播。

           
                      用于保护隔离的正压,或用于机载传染性隔离控制的负压。正压室的例子包括医院病房,医院手术室,医院药房,制药,和半导体制造无尘室,生命科学实验室和动物粪尿。可以为公众提供保护空间的负压病房包括有结核病,麻疹水痘或SARS患者的病房和生物安全实验室。
           
          为什么在关键环境中使用低压差传感器很重要?
                      低DPT可以准确地测量出临界房间空间压力相对于相邻空间压力(通常是相邻走廊或前厅)的非常低的压差。
          压差梯度用于防止空气传播的感染或污染物从受保护的空间移动到受污染的空间,反之亦然。重症监护环境的特点是低压 测量,大约0.1英寸 WC(25 Pa)FS范围或0.0036 PSI。随着建筑物中的能源消耗继续成为一个更重要的因素,正在指定较低的压差,但这并不以安全为代价。
           
          压阻式压力传感器
                      低DPT通常有三种类型:压阻应变仪,电容传感器, 和微机电系统(MEMS)传感器。压阻应变仪通常由硅制成,并通过金属与金属的结合连接到钢基底上。施加应变时,会导致单晶膜片发生材料变形。这种变形使惠斯通电桥电路中的电阻能够检测压力并产生与感应压力成比例的输出电压。压阻式应变仪具有良好的分辨率和带宽,通常用于对成本敏感的应用。但是,该传感器存在局限性。它们对温度变化的高敏感性和漂移趋势是不利的。然而,主要的问题是,不能将这种类型的传感器做得足够大,以至于无法感测到的压力使隔膜有效变形。尽管隔膜可以做得更薄,但会损害其强度和完整性。使硅膜片更大将使其成本过高。在低压范围内使用时,结果是产生噪音并损害了长期稳定性。
           
                      因此,它们更适合高压范围。使用多晶硅薄膜,粘结金属箔,厚膜和溅射薄膜的换能器的工作方式几乎相同,并且显示出非常相似的优缺点。幸运的是,其他传感器技术也可以提供更大的操作优势。它们更适合高压范围。使用多晶硅薄膜,粘结金属箔,厚膜和溅射薄膜的换能器的工作方式几乎相同,并且显示出非常相似的优缺点。幸运的是,其他传感器技术也可以提供更大的操作优势。它们更适合高压范围。使用多晶硅薄膜,粘结金属箔,厚膜和溅射薄膜的换能器的工作方式几乎相同,并且显示出非常相似的优缺点。幸运的是,其他传感器技术也可以提供更大的操作优势。
           
          电容式传感器
                      基于电容压力传感器已成为压力测量应用中的支柱。与压阻式压力传感器相比,电容式压力传感器的主要优点是压力灵敏度更高,温度灵敏度更低。其他优点包括设计简单,不需要外来材料,低功耗,巨大的分辨率和低成本。电容式换能器配置包括一个紧凑的外壳,该外壳包含两个平行的紧密间隔的电绝缘金属板。一块板是隔膜,在施加压力的情况下能够轻微弯曲。另一个是绝缘的不锈钢电极。
           
                      施加到隔膜上的压差导致隔膜相对于固定电极的位移。灵敏的线性比较器电路可检测到电容的变化,该电路会放大并输出成比例的高电平电压信号。膜片的极小挠度有助于非常小化磁滞和可重复性误差,同时提供快速响应时间。
           
          MEMS传感器
                      MEMS传感器是一种流行的电容选项。MEMS传感器通过微制造技术将致动器,机械元件和电子设备集成到一个普通的硅基板上。这些传感器可以非常便宜地大量生产。它们也变得越来越小,其膜片约为0.02in2。
           
                      但是,这种小型化带来了性能限制,例如不灵敏,不准确和信号漂移。由于MEMS传感器是由脆性材料制成的,因此无法承受很大的力。那是因为脆性材料可能在高应力下破裂。
           
                      电容式MEMS传感器的非常大限制是小型化将其压力敏感性限制在高压设备上。
           
                      所有压力传感器均通过在膜片上施加压力的作用来工作。然而,在这些应用中的压力是如此之低,以至于没有足够的力来移动压力感测膜片,除非它足够大,例如达到6in2。
           
                      不幸的是,它们比这小得多。有些基于硅膜片的电容式传感器具有出色的机械弹簧性能,但其膜片厚度限制为0.006英寸。另一方面,由不锈钢制成的膜片可以是其尺寸的1/20倍,从而使其灵敏度更高。MEMS和集成电路(IC)传感器本质上非常小,并且信号输出非常有限。增大膜片尺寸只会使硅的成本过高。此外,如果将其输出信号放大,则噪声将成为其性能的重要组成部分。这些技术尚未生产出具有足够信噪比的<1” WC距离传感器,无法在这些安装中良好运行。
           
          电容式宏传感器
                      因此,关键应用的非常佳选择是电容式宏传感器。该传感器具有MEMS传感器的所有优点,但没有压力灵敏度限制。
           
                      其非凡之处在于其2英寸直径的张力金属膜片。相对较大的隔膜是宏电容感测相对于任何其他低压感测技术具有优越性能的原因。可以解决一百万次。
           
                      隔膜由不锈钢制成,厚度仅为一张纸的1/10。它具有出色的弹性,可将其移动限制在单张纸的宽度内。
           
                      这意味着该传感器可以设置为不同的压力范围。例如,膜片可配置为0至0.1“ WC的低压应用时,径向张力较小,而膜片可配置为0至100” WC的高压应用时,较高径向张力。张紧的传感器应允许非常高2 PSI超压(取决于范围),不会损坏设备。另外,组成传感器的部件应具有匹配的热系数,从而可以提高温度性能和出色的长期稳定性。
           
          关键性能指标
                      以下是为关键应用选择和购买电容式宏传感器时要考虑的规格。
           
                      压力范围是机械设计师,工程师和建筑师应首先考虑的问题。一旦选择了压力范围,就可以确定所需的精度。精度是实际值与传感器指示的读数之间的差。它是通过计算线性度,滞后性和重复性的综合误差而获得的满量程值的百分比。例如,如果传感器的精度为±0.5%FS,输出的精度为±0.1” WC FS,则传感器将准确地测量压力
           
                      ±0.001“ WC尽管精度是一个重要的考虑因素,通常是非常好个考虑因素,但应注意的是,除非能够保持精度,否则精度是微不足道的。电容式传感器的一大优点是其设计和规格可在极长的时间内保持精度设置。与诸如粘合应变仪之类的传感器不同,电容式传感器表现出极低的蠕变,老化效应,湿度效应和其他常见的输出稳定性问题。因此,请指定一种能提供±0.05至±0.5%FS / Yr的长期稳定性的传感器。
           
                      另外,请确保选择具有与能量管理系统兼容的标准输出水平的传感器。非常常用的输出是高电平模拟0至5 VDC,0至10 VDC或2线4至20 mA电流信号。电容式宏传感器不需要信号放大。结果,它们避免了低电平输出设备常见的问题,例如压阻(薄膜和IC)类型。这些问题通常包括长期稳定性差,热不稳定性,高射频干扰(RFI)敏感性和湿度影响。
           
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