壓力傳感器的類型選擇

與設計考量

壓力傳感器是一種電子器件，可檢測或監控氣體或液體壓力，并將該信息轉換為可用于監控或調節所測量的力的電信號，壓力傳感器的工作方式取決于所使用的技術類型。本文將為您介紹壓力傳感器的相關技術信息，以及CUI Devices推出的壓力傳感器特性。

壓力測量的定義與相關術語解析

想要了解壓力傳感器，您首先需要了解一些關鍵定義。。壓力是液體或氣體在表面單位面積上施加的力的大小，相對方程為P=F/A。壓力的傳統單位是帕斯卡（Pascal），定義為每平方米一牛頓（N），壓力也可以定義為阻止流體膨脹所需的力。傳感器是一種檢測或測量物理量（應力、溫度、長度、壓力），并通常將其轉換為電信號的器件。

在基本層面上，壓力傳感器執行與壓力換能器或壓力變送器相同的任務，因此這些術語通常可以互換使用。然而，它們之間的差異在于輸出信號的不同。壓力傳感器檢測應力并將其轉換為與所施加的壓力強度相關的輸出信號，壓力換能器可將檢測到的應力轉換為連續電壓輸出（V），壓力變送器則將檢測到的應力轉換為以毫安（mA）為單位的電流輸出。

壓力傳感器在很多監測與控制應用中得到大量的使用，在日常使用中，壓力傳感器可以使用許多術語來指代，例如：壓力換能器、壓力傳送器、壓力發送器、壓力指示器、滲壓計和壓力計。無論使用什么名稱，這些設備都用于在許多應用中監測和控制壓力，除了直接的壓力測量，壓力傳感器同時也可用于間接測量其他變量，如液體／氣體的流量、速度、水面高度或者海拔高度。

在處理壓力測量和壓力傳感器時，還需要理解幾個術語。像是應用所使用的類型會影響測量精度，顯然還會影響到系統性能，因此，壓力測量時的環境因素，例如海平面的當地大氣壓力，也必須考慮在內。

第一個常見的術語是表壓，這是相對于當地大氣或環境壓力的壓力測量，標示的壓力將高于或低于當地大氣壓。

另一個術語是絕對壓力，它是相對于零壓力或真空參考的壓力測量。無論在何處測量，使用絕對壓力傳感器進行的壓力測量應該都是相同的。

壓差則是指系統中兩點之間的壓力差，通常用于測量管道中液體或氣體的流量。

真空壓力測量則是一種與環境或當地大氣壓力相比的負壓力范圍。

最后，復合壓力測量則有正壓和負壓或真空，因此它本質上是表壓和真空壓力的組合。

用于測量壓力的技術

用于檢測這種基本力的不同技術的數量持續增長，特別是隨著半導體的出現。以下是主要壓力測量技術及其使用方式的快速細分：

* 電位計是一種使用電阻裝置連接到波登管的滑動臂。當壓力波動時，滑動臂會移動，電阻裝置會根據力的大小生成相對信號。

* 應變計則是一種將壓力轉換為電阻變化的技術，然后便可以隨所施加的力變化測量該電阻。

* 電容式則是通過檢測因壓力使電容器極板之間的隔膜彎曲而引起的電容變化的技術。

* 感應式則是檢測連接到磁芯的隔膜的輕微偏轉，這會導致磁芯發生線性運動，從而改變感應電流，并將其轉換為電信號的技術。

* 壓電式則是檢測石英或陶瓷材料產生與外部壓力施加在其上的壓縮量，該技術利用拉伸材料的電阻波動來測量壓力。

* 諧振式會檢測振膜內振弦的諧振頻率，并將之轉換成電信號。

* 光學式則是采用會隨著壓力的升高而逐漸被遮擋的光源，傳感器檢測到這種光的變化，并產生相應的信號。光纖傳感器也可以類似的方式使用。

了解壓力傳感器還需要檢視可在您的設計中使用的各種應用類型。以下是各種基本類型，可配合各種環境與應用需求：

* 真空式是用于測量低于大氣壓的壓力，這些通常使用壓電技術或通過測量限定空間中的氣體體積。

* 密封式則是以海平面大氣壓為參考壓力。

* 通風式則用于測量相對于環境大氣壓的壓力。

* 隔膜式則會使用薄的、柔性的、圓形的金屬板，它在壓力下會變形。

* 應變片式則會檢測因外力引起的長度變化而產生的電阻變化，并將其轉換為電信號。

* 固態式則不使用移動部件，它交替地結合了半導體開關組件，例如用于感測壓力的FET（場效應晶體管）。

* 薄膜式技術則利用由電阻組件組成的細長薄膜，電阻組件可以根據壓力引起的長度和厚度變化（變形）來改變其電阻。

設計中選擇壓力傳感器的注意事項

當您決定在設計中使用特定的壓力傳感器時，您將需要考慮系統的幾個關鍵參數，這將有助于確定適合您的應用的壓力傳感器。其中一些考慮因素包括：

首先需要考慮傳感器的類型，包括密封、真空、應變片、壓電等。

然后要考慮工作壓力范圍，器件需要按照制造商規定執行的安全壓力范圍來檢測壓力。

另外還要考慮器件的工作溫度范圍，器件需要在制造商規定的安全溫度范圍來運行。

此外還需考慮器件能夠承受的最大壓力，這是指傳感器在發生故障之前能夠承受的壓力上限。

再來則要考慮器件的輸出類型，選擇適用于您的設計的壓力傳感器（模擬／數字）輸出的電信號類型。

另外一個需要考慮的是器件的輸出電平，這是指器件輸出信號的范圍，通常為mV或Vdc。

器件的精度和漂移特性相當重要，傳感器需要有多精確，以及隨著時間的推移時，它與校準規格的差異有多大？都是需要考慮的重要參數。

器件的分辨率是指傳感器能夠檢測到的最小壓力變化程度。

另外還要了解器件的電源電壓，這是指操作壓力傳感器時所需的電壓。

最后則要考慮器件使用時所在的環境，壓力傳感器可能暴露的外部操作因素包括溫度、濕度、壓力、接觸液體、輻射等，此外可能還需要考慮傳感器和任何接收設備之間的物理距離。

在壓力的認證標準方面，目前尚沒有單一的、普遍認可的標準來指定壓力傳感器的精度。一些區域規范包括IEC 60770和DIN 16086，它們都適用于傳感器精度，ASTM F2070則涵蓋了一般應用壓力傳感器的要求。任何涉及壓力標準使用的技術標準，通常都適用于它們在特定應用中的正確使用方式，例如醫療設備或汽車。一些示例包括用于發動機的SAE J1347，或用于工業應用中壓力傳感器的IEEE 1451.1至1451.7。

高質量與多樣的壓力傳感器選擇

測量壓力并使用該測量值來監視和控制過程，是許多制造行業和服務企業的關鍵需求。從過程控制到醫療保健應用，準確可靠的流體和氣體壓力的傳感，對于確定所提供的產品或服務的質量和安全性至關重要。現代壓力傳感器有多種不同的類型、技術、大小、輸出和精度。想要確保找出最適合您的應用需求的壓力傳感器需要付出一些努力，但會獲得高質量的結果。一旦確定了這些需求，CUI Devices就會提供一系列基于壓電技術的壓力傳感器，并具有多種壓力類型和工作壓力范圍。

這些型號具有絕壓、表壓和密封表壓類型，提供0 kPa至100 MPa的壓力范圍。這些壓力傳感器還具有溫度補償功能，采用不銹鋼結構并配有O形圈密封件。這些型號提供模擬或數字I2C輸出選項，具有3.3 V、5 V、10 V或1.5 mA的激勵額定值，以及3線、4線、5線或6針端子。

結語

壓力傳感器的應用相當廣泛，尤其是在工業自動化環境下，壓力傳感器能夠檢測在制造過程中需得知的壓力數據，以確保制作過程的安全性，并提高產品的生產質量。由 CUI Devices 推出的高質量壓力傳感器，具備多樣性規格與產品特性，能夠滿足工業自動化環境的各種需求，您可以前往 CUI Devices 的網站與艾睿電子的網站，來找到最適合您需求的壓力傳感器。

編輯：黃飛

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