壓力傳感器關(guān)鍵參數(shù)與實際應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)系

【摘? 要】隨著智能化產(chǎn)業(yè)的普及，各行業(yè)對壓力傳感器的需求與日俱增。本研究通過總結(jié)壓力傳感器各項關(guān)鍵性能參數(shù)，以便使用戶有的放矢的為應(yīng)用系統(tǒng)選擇最優(yōu)的壓力傳感器，以便設(shè)計出具有更高性價比，更優(yōu)性能的產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】壓力傳感器;精度缺陷;測量誤差;非線性;遲滯;溫度影響

1.研究背景

隨著智能化產(chǎn)業(yè)的普及，各行業(yè)對壓力傳感器的需求與日俱增。縷清壓力傳感器的性能參數(shù)，以及如何選擇更適合特定應(yīng)用系統(tǒng)的傳感器，可以為整體開發(fā)計劃節(jié)約大量成本，并提供更優(yōu)性能。

2.被數(shù)據(jù)/圖表模糊化的性能參數(shù)

對產(chǎn)品性能參數(shù)的描述常常存在一些灰色地帶，這就增加了選擇合適壓力傳感器的難度。例如：非線性度0.5%之于0.25%，看起來要差一些，可0.25%的產(chǎn)品就真的更適合于你的應(yīng)用系統(tǒng)么？這其實并不是可以去直觀判斷的，正確的理解參數(shù)定義和測試結(jié)果也是非常重要的。

3.測量誤差

測量誤差通常指的是儀器在所描述的一組條件下特性曲線與理想狀態(tài)之間的預(yù)期或允許的偏差（圖1）。這些測試通常是在恒溫、恒壓、恒濕的條件下進行，并沒有引入其它如，震動，電磁干擾等外部影響因素。

但這個單一數(shù)值在實際應(yīng)用中的意義是非常有限的。如圖1所示，最大誤差只出現(xiàn)在實際曲線的某一特定點上。

因此，大多數(shù)制造商采用了一個更狹義的方式來定義精度，只將非線性、遲滯、不可重復(fù)性考慮在內(nèi)。它滿足了單個數(shù)值的需求，但就像測量誤差一樣，該數(shù)值并不能清楚的展示在特定的應(yīng)用條件下傳感器的實際測量誤差。

4.主要性能參數(shù)

壓力傳感器性能需要用一組數(shù)據(jù)來描述。原因如下：

（1）傳感器的實際特性不是恒定的，也不是線性的：它隨壓力、溫度、時間等的變化而變化。

（2）產(chǎn)品說明書用于描述一類傳感器的總體特性。各傳感器之間不可避免的存在個體性能差異。說明書應(yīng)包含一些統(tǒng)計元素，如典型值、平均值或最大值，以及偏差范圍。

（3）并不是每個理論偏差都與其應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)。這方面最簡單的例子是一個浴室監(jiān)控器，它在每次被打開時都會零復(fù)位，那么，由溫度引起的零誤差和零點位移就與這個特殊的應(yīng)用場景無關(guān)。

下面將介紹與壓力測量有關(guān)的重要參數(shù)。

①非線性。

非線性是指在相同條件下，表示傳感器的特定讀數(shù)偏離理論參考線程度的一種表述方法。它通常用滿量程的百分比來表示。它的定義變化很大，在大多數(shù)情況下，非線性幾乎沒有任何實際意義。

②遲滯。

在穩(wěn)定的升降壓循環(huán)中，觀察傳感器的輸出特性曲線，在相同壓力點，升壓和降壓過程中的輸出值是不同的。如圖2所示，它們之間的差異稱為遲滯。這是其中一種遲滯，壓力遲滯。另一種遲滯是溫度遲滯，它發(fā)生在高低溫循環(huán)中，該溫度遲滯不同于溫度誤差。

遲滯現(xiàn)象通常是與傳感器材料的固有特性和元件的設(shè)計原理相關(guān)，不能通過補償/調(diào)整等方式予以抵消。因此，遲滯可以被看作測量的不確定度。

③不可重復(fù)性。

連續(xù)測量相同壓力值的輸出信號時，其結(jié)果不總是完全相同的。不可重復(fù)性誤差定義為：在相同的條件下，承受相同的壓力時，最高和最低測量值之間的最大偏差。

不可重復(fù)性是判斷傳感器設(shè)計和制造質(zhì)量的一個重要參數(shù)，它直接反映了傳感器的內(nèi)在質(zhì)量。

④零點誤差。

零點誤差通常在說明書中表示為滿量程的百分比，但其絕對值在整個壓力量程范圍內(nèi)保持不變。因此，在測量較低壓力時，其相對誤差會較大。

在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，零點誤差可以通過調(diào)整控制器程序進行抵消。

⑤跨度誤差。

多數(shù)情況下，跨度誤差的影響要小于零點誤差。因為跨度誤差為相對值，當(dāng)該傳感器在應(yīng)用系統(tǒng)中的實際測量范圍小于滿量程時，其跨度誤差也會相應(yīng)變小。

與零點誤差一樣，較低的跨度誤差說明傳感器制造商的制程控制能力非常好。不同于零點誤差的是，在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，跨度誤差不可以通過調(diào)整控制器程序進行抵消。

⑥溫度影響。

溫度變化會引起材料的膨脹與收縮，會對傳感器的電阻、半導(dǎo)體和電氣連接產(chǎn)生影響，繼而影響信號輸出。這種影響，通常由兩個溫度系數(shù)來體現(xiàn)：溫度對零點的影響和對跨度的影響。

與前面介紹的零點誤差一樣，溫度對零點的影響也表示為滿量程的百分比，其絕對值在整個壓力量程范圍內(nèi)保持不變。在測量較低壓力時，其相對誤差會較大。

同樣的，溫度對跨度的影響也與跨度誤差一樣，是被測量程范圍的相對值。

⑦偏移，漂移和長期穩(wěn)定性。

偏移是指由于溫度、過載等外部因素引起的輸出信號的變化，可看作一個“穩(wěn)定”的變化。當(dāng)外部影響穩(wěn)定以后，輸出信號也將趨于穩(wěn)定。

漂移則是由傳感器自身因素引起的，如電路被潮氣侵蝕，結(jié)構(gòu)元件發(fā)生蠕變等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器有漂移問題時，該傳感器應(yīng)該被馬上替換。

長期穩(wěn)定性是結(jié)合偏移和漂移的一個參數(shù)，傳感器的組件會隨時間老化，那么輸出信號也會隨之發(fā)生變化，通常被定義為一段時間內(nèi)滿量程的百分比，如0.05% FS/年。

5.總結(jié)

通過上文，我們識別出了影響壓力傳感器輸出信號的一些關(guān)鍵參數(shù)，并了解了這些參數(shù)的特點。關(guān)于傳感器的參數(shù)還有很多很多，例如TEB （Total Error Band）， MTTF， B10等。我們未來可以根據(jù)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合上文提到的壓力傳感器主要參數(shù)，選擇最優(yōu)的傳感器解決方案。

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作者簡介：王寧（1984），男，籍貫天津市，回族，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向為機械設(shè)計。