PDF《如何选择压力传感器》

前言

1 第I部分 5大影响因素 压力

2 介质

2 温度

2 环境

3 精度

3 第II部分 3大设计因素 结构/机械设计坚固性

5 电路设计坚固性

7 供应商的供应链和设计控制

8 白皮书 面向工业应用 目录 前言 随着技术的不断进步,当今的压力传感器变得比以往更加精确、可 靠和坚固.

即使在高温、高湿、振动的极端环境内,它们也能长期 工作.工业压力传感器在工业领域内应用非常广泛,涵盖从暖通空 调/制冷压缩机、制冷和调速泵到液压、石油和水务.例如,它们 可用于测量: ? 碳氟化合物制冷剂的压力,用于在工业制冷应用中优化制冷剂 流量 ? 制冷系统中的冷热水压力 ? 重型工程装载机和叉车的液压压力 ? 整座大型车厂的车间气压,为气动工具提供气源 ? 机车的刹车系统压力 ? 压缩机或泵机的抽排压力 ? 消防车的水压 传感器可以用于任何设有管道或腔室的地方.它的作用是感测压力 并将其转换为一个比例电气输出信号,然后发送给监测或控制系 统.这些传感器监测系统的性能和效率,帮助优化其运行.因此, 为新应用挑选和安装合适的传感器是一个非常重要的决策.选择错 误就会导致一系列系统问题. 如何选择压力传感器 ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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2 第I部分 压力传感器选型的5大影响因素 - 压力 首个也是最重要的因素是压力.为确保正确的传感器选型,必须先 明确一些问题:压力测量范围多大、最高压力多少、系统过压概率 有多少. 在明确上述与您的应用紧密相关的问题后,建议您继续查阅压力传 感器的规格参数表并针对下列问题找到相应参数值:耐受压力(不 会降低传感器性能指标的最大作用压力)破裂压力(会破坏传感器 膜片或外壳并引起泄漏的压力).根据厂家的技术参数表可以在网 上很容易地找到这些问题的解答,但正规厂家一般都会有应用工程 师与您深入探讨应用要求. 介质 传感器的任何接液表面都必须与介质兼容,如机油、制动液、制冷 剂、液压油、海水、废水、自来水、氧气、压缩空气和氮气等.还 要特别注意一些侵蚀性介质,如氨水、离子水、盐水、氢气、酸和 航空煤油.另外,还要确保膜片、接头和焊缝都与介质兼容.这些 信息一般在产品参数表中都有说明,但知名厂家都会安排技术支持 人员帮助您解答可能遇到的其他问题. 温度 温度因素包括环境温度和过程介质温度.传感器能否在大部分环境 和过程介质温度下工作,这是一定要清楚的.当应用涉及到高温, 导致一些安装似乎很棘手甚至不可能时,建议用户咨询传感器厂家 寻求解决方案.比如,您的应用涉及到300°F的蒸汽,但您只能找 到最高工作温度不超过150°F的传感器. 这时可以在蒸汽管线和传感器之间跨接管道(甚至短至12英寸,具 体取决于环境)来予以解决,这样高温就可以散发到大气中去了. ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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3 1,2 环境 传感器的工作环境需要周密的调查,其中不仅包括温度和湿度,而 且包括侵入防护.有时设计规格书没有说明应用所需的侵入防护, 因此用户就要对重要部件(比如工业压力传感器)进行特殊的测 试.用户最好是联系传感器厂家来一起探讨侵入防护要求. 其他因素包括传感器可能会碰到的冲击和振动,尤其是在机车或消 防车这类更严酷的应用中.如果空间狭小,应选择尺寸较小的产 品.进一步要考虑的安装因素是位置和朝向.在这方面传感器厂家 有着丰富的经验,可能碰到过类似要求,能提供些有益的建议. 精度 传感器的精度是线性度(曲线与直线的拟合度,见第4页图1)、 迟滞(连续作用相同的先增后减的压力时传感器保持输出不变的能 力1 ,见第4页图2)以及重复性(在连续作用相同压力时传感器产 生相同输出的能力2 ,见第4页图3)共同作用的结果.在每个型号 的技术规格表中都能找到精度.最常见的精度等级为满量程输出的 ±0.25%.如需更高的精度,市面上还可提供±0.10%的型号. 《传感器杂志》(1998年11月1日).压力传感器技术基础. ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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4 图2:迟滞曲线图 图3:重复性曲线图 精度(续) 图1:线性度曲线图 (最佳拟合直线法) (端点法) ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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5 第II部分 影响传感器选型的3大设计因素 结构/机械设计坚固性 在探讨新传感器安装和压力、介质、温度及环境的关系后,现在是 看一下传感器结构的时候了.首先,应首选具有整体焊接结构的产 品,这有助于实现坚固设计.其次,还要注意连接器在传感器外壳 上的焊接牢固度.再者,确保厂家能提供种类齐全的压力接头,包 括标准1/4 和1/8 NPT和定制的过程接头. 市售工业标准电气连接器种类也很多.由于传感器一般不带与之配 套的电气连接器,务必确保另购的电气连接器能够与现场连接器相 匹配.根据传感器相邻设备的噪声等级,所选电气连接器还要能够 保证传感器信号完整性. 一些传感器为避免连接器针脚生锈需要防潮处理,而一些更坚固的 传感器设计则能适应潮湿环境.要隔离表压传感器(以大气压为基 准的传感器)时,可以将产品从潮湿的环境中移走,放置到附近的 密封接线盒中,再通过线管与大气相连通.在接线盒中放置干燥剂 可以进一步防止传感器受潮. 如果担心在恶劣环境中传感器保护不力,则所选产品的外壳防护等 级(IP) 要能满足安装需求.传感器防护等级类别很多.例如,IP65 型完全防尘防喷水,IP67型防尘、防短时间浸水,而IP69K型号则 适用于高压、高温场合.若存在液体渗入风险,则必须使用密封电 缆. 对于工业制冷等户外应用,还必须满足OEM提出的额外要求以提 供连续、精确的测量结果.在一个冰冻/解冻循环后,传感器必须 能够恢复正常工作状态并提供精确的测量结果. ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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6 此外,产品还应通过EMC认证,能够耐受诸如大型发电机产生的电 磁干扰,避免出现感应电压并产生错误输出.而且,传感器结构还 应具有较高的耐振动冲击性能.尽量避免使用环氧树脂、内部弹性 体和O形圈来密封传感器,否则它们会与某些过程介质(如制冷 剂)产生不良反应.同样还要避免使用压接或螺纹密封外壳以避免 出现渗水问题.最后,产品焊点要越少越好.在某些环境(例如极 端的振动)中焊点可能会出现接触不良的问题.由于很难保证焊接 质量一致性,并且在投入应用前往往很难找到不良焊点,所以要避 免手动焊接. 型号配置越多越好,必要时可订购除压力外还有多种输出选项的型 号,例如温度、psi或bar压力范围、复合压、表压或密封表压类型. 传感器规格参数表上还有一些信息可能对应用很重要.例如是否符 合CE和RoHS标准以及是否通过UL认证.参数表还会列出疲劳寿 命,一般约为108次循环.还要了解传感器的长期稳定性 C 在相对 较长时间内保持性能特性的能力,例如优于±0.1% FS/年. 充油传感器添加了具有不同热力系数的材料,可能会降低稳定性, 宜尽量避免使用.随着油温的波动,传感特性会因膜片而发生变 化.当温度升高时油液膨胀,向膜片施加压力,导致不准确的压力 读数.更严重的是,一旦膜片破裂,介质就会被油液污染.高压传 感器不得使用陶瓷技术,尽管它们具有极好的线性度,但陶瓷易碎 且其破裂压力低于其他类型的传感器. ? Setra Systems, Inc.版权所有.保留所有权利. 中文

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7 电路设计坚固性 当前,溅射薄膜应变计技术被视为是工业应用领域的最新科技.这 类传感器使用成熟的惠斯通电桥原理(见图4).这种设计的原理 是将........