壓力傳感器隨處可見，但是你知道它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)么？選擇正確的技術(shù)很關(guān)鍵，在極端環(huán)境下這點尤其重要?！　』氐綑C(jī)械和壓力表的時代，大多數(shù)的設(shè)計都是基于一個原型，然而，當(dāng)進(jìn)入了電子傳感器時代，一種全新的測量技術(shù)產(chǎn)生了。你是否應(yīng)該關(guān)注這種傳感器的設(shè)計？它是否采用了電磁技術(shù)？它是電容性的么？它更偏向于應(yīng)變儀還是晶振？你到底應(yīng)該對此給予多少關(guān)注？　　對于普通的應(yīng)用場合，任何一種方法都可以滿足需求，然而，如果你需要極高的性能，或者需要考慮極端條件的時候，優(yōu)劣自分。　　評價壓力傳感器技術(shù)應(yīng)對如下諸多參數(shù)進(jìn)行考核：　　■ 精度（讀數(shù)與真值之間的誤差）　　■ 線形度（信號對應(yīng)于壓力變化的線性度）　　■ 重復(fù)性（對同一壓力的讀數(shù)差異）　　■ 磁滯現(xiàn)象（不同點回歸現(xiàn)象）　　■ 耐久度（可以承受多次高/低壓循環(huán)）　　■ 穩(wěn)定性（能夠保持讀數(shù)穩(wěn)定）　　■ 抗電磁干擾性（對本地EMI的抗性）　　■ 溫度區(qū)間（可以忽略過程溫度變化/環(huán)境溫度極限）　　■ 物理敏感性/抗干擾性（抗壓力、撞擊和振動）　　■ 運行區(qū)間（適合工作壓力）　　■ 時效模式（可視化讀數(shù)，釋放或污染過程流）　　■ 安全性（可以用于危險區(qū)域或者不可以 ）　　■ 功耗（可以電池供電或者不可以）　　■ 輸出信號（何種格式，模擬/數(shù)字）　　■ 材料（溫度極限，抗腐蝕性）　　■ 體積　　■ 費用　　其中一些參數(shù)可以測量并在生產(chǎn)商資料中給出，但是其他卻很難明確指定。例如，世上任何設(shè)計都會有精度和溫度限制，但是穩(wěn)定性和抗干擾性就不那么容易量化，更別提比較。一些參數(shù)與傳感器技術(shù)本身有關(guān)，一些由信號處理或用例設(shè)計來決定?！　∧て贿叺膲毫?dǎo)致膜片形變，電子測量技術(shù)實際上都是基于對此形變的測量。在不同方向上，可能有2個或者1個膜片。生產(chǎn)廠商所用的膜片的不同，導(dǎo)致測量形變所代表的意義也不同?！　≈饕募夹g(shù)是電容測量、壓電測量和應(yīng)力測量（見本文后面的注解）。較少使用的方法包括共振頻率、電化學(xué)、磁力或其他技術(shù)。每一種技術(shù)都有其優(yōu)點和局限性。　　有多少種設(shè)計　　有些公司專注于一種到兩種方法，并將其擴(kuò)展。有些公司提供多樣化的產(chǎn)品和技術(shù)。例如，Endress+Hauser公司的陶瓷膜片電容傳感器。壓力產(chǎn)品部經(jīng)理Mark Repko說道：“我們的Ceraphire陶瓷膜片傳感器提供了高精度和高穩(wěn)定性的壓力測量，在很多金屬膜片容易失效的場合它都表現(xiàn)出色，例如高溫真空環(huán)境、打漿機(jī)、化學(xué)腐蝕和經(jīng)常的過壓（例如水錘）?！薄　rystal Engineering公司的設(shè)計采用了油浸硅晶體壓阻技術(shù)。市場部主管Miranda Battenburg說道：“我們的儀表是電子式的，所以沒有運動部件，更不會被振動或者移動影響，這對于加工工場和精煉廠是理想的選擇。膜片以硅樹脂油為載體，傳感元件直接感測由油傳過來的壓力，而不與膜片直接接觸。這可以保護(hù)傳感元件免受流經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的損壞。”　　橫河改變方向，開發(fā)出了兩種采用新傳感技術(shù)的方法。變送器產(chǎn)品經(jīng)理Allen Erwin說道：“1990年，橫河開發(fā)了獨一無二的電子壓力傳感器，代替差分電容和抗壓阻技術(shù)?？箟鹤韬碗娙菁夹g(shù)始于20世紀(jì)60年代，我們采用數(shù)字傳感器的DP harp系列壓力變送器代表了最新的壓力傳感技術(shù)。此技術(shù)所帶來的性能、特性和收益上的改進(jìn)對很多新產(chǎn)品起到了推動作用?！薄　鹘y(tǒng)的機(jī)械技術(shù)進(jìn)行了電子化升級，Ashcroft公司的模擬直讀波登管壓力表可以提供電子輸出。Ashcroft公司的壓力變送器產(chǎn)品經(jīng)理Mark Zabawa說道：“Xmitr設(shè)計基于渦流傳感器，這將波登管的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電子信號。波登管上有標(biāo)尺，在兩線圈之間移動，提供與被施加壓力相符合的信號。這為用戶提供嵌入設(shè)備本身的本地和遠(yuǎn)程壓力讀數(shù)，并可以與現(xiàn)有壓力控制系統(tǒng)直接接口。”　　其他公司采用更多的技術(shù)，為相應(yīng)工作提供相應(yīng)工具?；裟犴f爾傳感與控制公司的壓力器具全球工程負(fù)責(zé)人Lamar F.Ricks說道：“霍尼韋爾傳感與控制公司在傳感器工業(yè)中由最廣泛的壓力傳感技術(shù)組合。S & C 壓力產(chǎn)品中所使用的技術(shù)包括粘貼式應(yīng)變計、粘貼箔式應(yīng)變計、壓阻式力敏硅傳感器、油浸型壓阻式力敏硅傳感器、薄膜、先進(jìn)厚膜（ATF）和表面波?！薄　∮腥绱硕嗟目蛇x技術(shù)，如何決定向客戶推薦哪種技術(shù)？Rick補(bǔ)充道：“油浸型壓阻式力敏硅傳感器技術(shù)或許是壓力變送器產(chǎn)品中選用最廣泛的技術(shù)了，它是一種帶有過程記錄的高度可靠穩(wěn)定的技術(shù)，采用了媒介隔離壓力傳感解決方案，適用于重載和惡劣環(huán)境中的壓力傳感應(yīng)用，可以與牌號316的不銹鋼兼容使用。先進(jìn)厚膜（ATF）應(yīng)變計技術(shù)雖然是最近產(chǎn)生的，但是已經(jīng)經(jīng)過了實踐考驗，具有很多獨一無二的優(yōu)點和性能優(yōu)勢，尤其適用于某些特定應(yīng)用領(lǐng)域，例如水力學(xué)?；贏TF技術(shù)的解決方案具有高可靠性，在動態(tài)壓力環(huán)境中提供平均故障時間間隔?！薄　∪绾芜x型　　很多最終用戶都有內(nèi)部的選型文件用于選擇特殊儀器生產(chǎn)商。但是如果你是第一次選型，對于如何選擇技術(shù)，如何知道是否為正確工作選擇了正確的工具，什么才是最好的方法呢？　　阿美特克公司PMT壓力傳感器產(chǎn)品經(jīng)理Kevin Lavelle說道：“對于大多數(shù)過程儀表，用戶必須與生產(chǎn)商溝通以確定最合適的技術(shù)。例如壓力區(qū)間、性能、環(huán)境要求和性價比都是選擇技術(shù)的關(guān)鍵因素，在決定選擇哪種方法來完成項目之前，用戶必須對各種壓力傳感技術(shù)進(jìn)行評估，衡量各種指標(biāo)。”　　評判一個選擇是否合適也要知曉哪些方案在什么時候不能使用。生產(chǎn)商通常都很清楚對于某些特定應(yīng)用哪些設(shè)計方案是不能采用的。高級儀表產(chǎn)品經(jīng)理Roger Saba說道：“圖爾克公司的傳感器技術(shù)采用陶瓷薄膜、適配器、外殼和O型圈等部件，對于這種傳感器設(shè)計方案，媒介與陶瓷膜片、O形圈河適配器接觸，這些傳感器型號只可以用于良好的環(huán)境中，例如空氣、清水和脫硫天然氣等不需要真空密封圈的場合，媒介壓力可以達(dá)到1000psi。這些傳感器并不適用于氨水、氫、油和氣體產(chǎn)品、氧化和很多其他溫和或嚴(yán)酷的場合?！薄　〖夹g(shù)還是性能　　如果一臺已有設(shè)備已經(jīng)具備了滿足過程條件要求的必備能力，包括精度、量程、工作溫度等，你還會介意它到底采用了什么傳感技術(shù)么？ABB儀表公司的產(chǎn)品經(jīng)理Allen Hood說道：“今天，從整體上選擇一臺儀器以適應(yīng)于你的應(yīng)用才是更加實際的，很多壓力儀表針對你的關(guān)鍵指標(biāo)都有各種可選型號，不管是精度、材料還是特性與功能?！薄　BM公司總裁Kevin Coffey每天都在與極端應(yīng)用打交道，他知道這些選擇的重要性。他建議道：“越高的壓力，就需要儀器具有越高的耐久力?；贖BM公司的壓力傳感器的應(yīng)力計與其他類別的傳感器是不同的，因為在超高壓下，多次壓力循環(huán)周期它們?nèi)阅鼙３指呔群蜏囟确€(wěn)定性?！薄　∪狈?xì)節(jié)　　那些處理更溫和過程的生產(chǎn)商始終會說傳感器的選擇很重要，但是在他們的材料中卻不會出現(xiàn)很多具體的傳感器技術(shù)的討論。大多數(shù)用戶和生產(chǎn)商明白每一種方法都有其優(yōu)點和弊端。對某種技術(shù)比較熟悉的公司知道如何通過機(jī)械設(shè)計和電子矯正來減少錯誤的發(fā)生。在當(dāng)今的設(shè)計工具中，先進(jìn)信號處理是必不可少的過程，它可以改善幾乎任何傳感器的性能?！　“牧_斯蒙特部門壓力產(chǎn)品副總裁Scott Nelson在其從事儀器行業(yè)的20年間，經(jīng)歷了很多變化：“過去我們對銷售人員進(jìn)行培訓(xùn)，灌輸如下思想：傳感器是關(guān)鍵，我們的工具都是以傳感器為中心的。但是隨著處理器的出現(xiàn)，大量電子誤差有處理器矯正，傳感器變得更可靠了。羅斯蒙特的變送器和很多我們競爭者的產(chǎn)品都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于20年之前。我不記得上次我與美孚、道化學(xué)或者埃克森討論壓力傳感器技術(shù)是什么時候了，雖然這些對于流量和液位儀仍是普遍問題?！薄　∫慌_簡單的壓力儀表也比眼睛具有更高的感測能力。阿美泰克公司的Lavelle說道：“我們所有的壓力產(chǎn)品都有內(nèi)部溫度補(bǔ)償。一些模塊具有板載溫度測量功能，作為可選輸出。阿美泰克PMT壓力傳感器看到了對多參數(shù)設(shè)備需求的增長，因為一臺這種設(shè)備就可以輸出靜壓、差壓和溫度。這很有用處，因為用戶通過一臺設(shè)備的輸出，就可以對差壓進(jìn)行測量，并對靜壓和溫度效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。我們的客戶正在減少傳感器的‘引腳’，這對于OEM很重要，可以減少管道系統(tǒng)的穿透，最優(yōu)化功率管理，減少空余部件總量?！薄　elson說這些能力是一個好的開始，但是現(xiàn)在的工程師需要更多。他補(bǔ)充道：“我們昨天與客戶溝通的內(nèi)容是‘是的，我們需要知道你們儀器產(chǎn)生過程變量（PV）的穩(wěn)定性，但是我們更想知道你們的儀器如何幫助我們改進(jìn)整個規(guī)劃以及資產(chǎn)的安全性和效率?！缓笥懻撧D(zhuǎn)移到了我們監(jiān)控過程簽名所使用的先進(jìn)診斷技術(shù)，用來分辨管道中流過了什么物質(zhì)，駐留了什么物質(zhì)。我們以每秒22次的速度提供過程平均值或者標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及其他低于或高于PV的信息。儀表的智能性和能力讓人難以置信。當(dāng)用戶設(shè)置變化時，一臺壓力變送器可以提供十分準(zhǔn)確的差壓或者絕對壓力、過程溫度、設(shè)備溫度，實時計算流量，同時提供平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和其他指標(biāo)。而且完成這些功能不會比20年前的產(chǎn)品需要更多的功耗?！薄　　皩τ谖覀兊目蛻魜碚f，這些過程診斷越來越有用處，如果你的工廠中要使用到上千臺壓力變送器，這些過程診斷就像管道的聽診器一樣，使用外部設(shè)備，監(jiān)控過程變化。如果液體通過孔板或者平均皮托管流經(jīng)管道，你將獲得穩(wěn)定的平滑信號。如果工廠發(fā)生事故，導(dǎo)致流經(jīng)的媒質(zhì)發(fā)生變化，例如空氣氣泡或者氣體中摻入了液體或固體微粒，噪聲型號將明顯變化，變送器的快速智能反應(yīng)使我們得以對過程安全性和其他變化進(jìn)行診斷。知道的同時即可作出反應(yīng)，還有很多類似的能力?！薄　∽罱K什么才是關(guān)鍵？　　當(dāng)看著空白頁面試圖決定給哪個供應(yīng)商打電話時，你應(yīng)該找到盡可能多的關(guān)于你的流程的答案?；氐轿恼麻_始的問題列表，看看你到底能回答多少。你需要多高精度？壓力變化的動態(tài)特性如何？工作溫度區(qū)間？在給預(yù)期供應(yīng)商打電話的時候，手中有這些數(shù)據(jù)比仔細(xì)考慮傳感器技術(shù)要重要的多?！　∽⒔猓骸　‰娙輦鞲衅?center>
　　這種方法機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，適用于差分、計量和絕對配置。內(nèi)部電子轉(zhuǎn)換功能具有良好的信噪比，同時兼具足夠的溫度敏感性，便于內(nèi)部輸出矯正。電容傳感器具有高精度，但是與其它技術(shù)相比，它的工作溫度區(qū)間較窄、較小的實際壓力測量區(qū)間，雖然這兩個參數(shù)對于大多數(shù)過程應(yīng)用已經(jīng)足夠了。電容傳感器的薄膜是一塊充電板，跨過縫隙與固定板相對放置，膜片形變，導(dǎo)致片間電容變化。膜片可以使金屬或者陶瓷材質(zhì)?！　‰娙菰O(shè)計采用較小電流，使得其適用于電磁供電的無線應(yīng)用。內(nèi)部溫度傳感器可以作為另一個過程變量使用。　　壓電傳感器　　這種方法使用很廣泛，不同供應(yīng)商之間的設(shè)計有很大差異，所以難以一概而論。膜片將壓力施加到晶體上，根據(jù)形變的不同或晶體上壓力的不同，晶體可以產(chǎn)生電荷（壓電現(xiàn)象）或者導(dǎo)致電阻變化（壓阻現(xiàn)象）。膜片可以直接與晶體接觸，或者通過硅樹脂油將壓力傳導(dǎo)至晶體上。這種方法可以適應(yīng)于各種尺寸和規(guī)格。雖然不像電容傳感器那么精確，但是有更寬的工作溫度區(qū)間和更高的適用壓力區(qū)間。膜片可以使金屬或者陶瓷材質(zhì)的。
　　他們對溫度也具有敏感性，通常具有內(nèi)部溫度傳感能力，用于校準(zhǔn)主測量參數(shù)。此溫度檢測也可以作為另一個過程參數(shù)。　　共振頻率　　橫河設(shè)計的用于替代其早期壓力產(chǎn)品的DP harp傳感器的測量表面實際上是一組不到1平方毫米的單晶硅橋。兩個小型共鳴器通過MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）加工 技術(shù)被微加工到硅片表面。這些共鳴器受到處理器和周圍磁場激勵。拉伸應(yīng)力導(dǎo)致一個共鳴器動作，另一個共鳴器產(chǎn)生共鳴。當(dāng)硅基在某個方向上產(chǎn)生形變，共鳴器的頻率就會發(fā)生變化，通過測量這個頻率變化可以得知形變量。通過對共鳴器頻率做數(shù)學(xué)上的比較，得到壓力輸出信號。因為硅傳感器可以在各個方向上發(fā)生形變，這種設(shè)備可以用于普通的壓力計或者差壓計。
　　應(yīng)力傳感器　　與壓電傳感器一樣，應(yīng)力傳感器的設(shè)計很多樣，包括薄膜、厚膜、粘貼箔片式等等。應(yīng)力計通常直接安裝在傳感器的金屬膜片上用于測量形變。這種設(shè)計具有最寬泛的工作區(qū)間。
　　溫度區(qū)間寬而且具有高工作壓力是這種技術(shù)通常都是極端溫度情況下或者psi測量值是4位、5位情況下的的首選。這類產(chǎn)品中的不同技術(shù)對功耗和產(chǎn)生輸出的必備信號數(shù)量有不同的要求?！　?yīng)力計對溫度很敏感，所以內(nèi)部校正是必備的，此溫度可以作為過程參數(shù)使用。