如何為惡劣環(huán)境選擇重載壓力傳感器

無(wú)論是為暖通空調系統的泵壓力提供反饋的液壓測量控制回路的壓力，或是測量冷卻液流動(dòng)的壓力，重載傳感器均能夠輸出高電平信號。當前，設計工程師面臨著(zhù)設計更加復雜的控制系統的巨大挑戰。這些系統依賴(lài)于比以往的系統提供更多的反饋信號。因此，設計工程師必需考慮滿(mǎn)足高精度、更低總體成本以及便于實(shí)施應用等要求的零部件。目前的控制系統多采用壓力開(kāi)關(guān)來(lái)控制。這種開(kāi)關(guān)圍繞一個(gè)設置點(diǎn)開(kāi)閉，其輸出結果通常在一天結束時(shí)進(jìn)行審查。這類(lèi)系統主要用于監控。與上述控制系統相比，使用壓力傳感器的系統能夠及時(shí)、精確地測量出壓力尖峰，從而在危險發(fā)生或控制系統失效之前發(fā)出警告。傳感器與計算機相連能夠測量出實(shí)際壓力，從而使用戶(hù)可以精確地進(jìn)行監測和系統控制。壓力數據一般用于動(dòng)態(tài)測量系統性能、監控使用狀態(tài)以及保證系統能效。使用傳感器的系統能夠提供更多、更有效的數據點(diǎn)。

簡(jiǎn)而言之，重載壓力傳感器是一種具有外殼、金屬壓力接口以及高電平信號輸出的壓力測量裝置。許多傳感器配有圓形金屬或塑料外殼，外觀(guān)呈筒狀，一端是壓力接口，另一端是電纜或連接器。這類(lèi)重載壓力傳感器常用于極端溫度及電磁干擾環(huán)境。工業(yè)及交通運輸領(lǐng)域的客戶(hù)在控制系統中使用壓力傳感器，可實(shí)現對冷卻液或潤滑油等流體的壓力測量和監控。同時(shí)，它還能夠及時(shí)檢測壓力尖峰反饋，發(fā)現系統阻塞等問(wèn)題，從而即時(shí)找到解決方案。

控制系統正日趨智能與復雜，傳感器技術(shù)也必須保持同步發(fā)展，以適應應用需求。需要進(jìn)行信號調理和校準工作的傳感器時(shí)代已經(jīng)一去不復返了。在傳感器設計、實(shí)施至應用時(shí)，您再也無(wú)需為傳感器的功能問(wèn)題而煞費心思了。鑒于傳感器是非常重要的壓力測量裝置，且市面上的傳感器款型多種多樣、質(zhì)量參差不齊，您必須慎重選擇。

可能性方案概覽

列出傳感器采購清單之前，查看各種應用方案非常重要。需考慮替代方案都有哪些，以及如何滿(mǎn)足自身設計的要求和規格。正如前所述，在過(guò)去幾十年里，主要由于設計復雜性的增加，控制和監測系統發(fā)生了巨大變化。這些變化包括手動(dòng)系統變?yōu)榛陔娮蛹夹g(shù)的控制系統、多零部件變?yōu)楦叨燃僧a(chǎn)品、更加關(guān)注成本問(wèn)題。重載應用有多種解決方案，重載環(huán)境都有哪些？這里僅列舉一些具體實(shí)例，如具有較大溫度范圍的環(huán)境（如-40 °C至125 °C [-40 °F至257 °F]），有制冷劑、機油、制動(dòng)液、液壓油等惡劣介質(zhì)以及使用壓縮空氣的環(huán)境。盡管上述溫度范圍及惡劣環(huán)境可能并非最極端環(huán)境，但它們代表了大多數的交通運輸及工業(yè)環(huán)境應用情形。

重載壓力傳感器可用于以下領(lǐng)域：

• 用于暖通/制冷空調應用，監測系統性能，對壓縮機入口和出口壓力、屋頂冷水機組、制冷間、制冷劑回收系統以及壓縮機油壓進(jìn)行控制。
• 用于空氣壓縮機，監測壓縮機性能和效率，包括監測壓縮機入口和出口壓力、過(guò)濾器壓降、冷卻水入口和出口壓力、以及壓縮機油壓等。
• 用于運輸工具應用，通過(guò)監測氣動(dòng)、輕載液壓、制動(dòng)壓力、機油壓力、傳動(dòng)裝置、以及卡車(chē)/拖車(chē)的氣閘等關(guān)鍵系統的壓力、液力、流量及液位來(lái)維持重載設備的性能。

市面上的傳感器款型多種多樣、質(zhì)量參差不齊，因此必須對備選產(chǎn)品進(jìn)行仔細研究。具體應從可靠性、校準、零點(diǎn)補償、靈敏度以及總誤差范圍等方面對產(chǎn)品進(jìn)行分析。

圖：在暖通/制冷空調應用中，使用重載傳感器對壓縮機入口和出口壓力、屋頂冷水機組、以及其它回收和壓力系統進(jìn)行控制。

圖片來(lái)源：霍尼韋爾傳感與控制部

選型標準

與大部分電子產(chǎn)品一樣，傳感器的選型標準反映了重要的設計挑戰。系統設計要求具有穩定性的傳感器以保證系統在任何時(shí)間和地點(diǎn)都能夠正常工作。系統的一致性同樣重要，從包裝箱內取出的一個(gè)傳感器必須與箱內其它任一個(gè)傳感器能夠互換使用，且產(chǎn)品性能必須與預定性能相同。第三個(gè)需考慮的標準是成本，它是一個(gè)無(wú)處不在的挑戰。由于電子設備智能化程度和精度日益提升，不得不更新解決方案中的老舊部件。其成本不單單取決于單個(gè)傳感器，而是取決于產(chǎn)品替代所帶來(lái)的整個(gè)成本。傳感器替代了哪些產(chǎn)品？替代之前是否要進(jìn)行預校準或全補償等操作？

為工業(yè)或交通運輸應用選擇傳感器時(shí)，請考慮以下因素：

1. 可配置性
   使用每種傳感器時(shí)，需考慮裝置是標準化還是定制化產(chǎn)品？定制選項包括連接器、壓力接口、參考壓力類(lèi)型、量程以及輸出形式等。不論是現貨或是配置型產(chǎn)品，所 選產(chǎn)品是否容易滿(mǎn)足精確設計要求且能夠迅速供貨？在你設計產(chǎn)品時(shí)，能否快速得到樣品從而使產(chǎn)品上市時(shí)間不被推遲或受到影響？
   
2. 總誤差范圍
   總誤差范圍 (TEB)（如下圖）是一種全面、清晰的重要測量參數。它提供了裝置在補償溫度范圍（40 °C至125 °C [-40 °F 至257 °F]）內的真實(shí)精度，對于衡量產(chǎn)品的一致性以及確保產(chǎn)品的互換性非常關(guān)鍵。例如，總誤差范圍為±2%時(shí)，不管溫度是多少只要在既定范圍內，也不管壓力是 上升或下降，誤差總處于量程的2%以?xún)取?br />

   
   圖：總誤差范圍的誤差組成

   圖片來(lái)源：霍尼韋爾傳感與控制部

   通常，制造商并不會(huì )在產(chǎn)品數據手冊上列出總誤差范圍，而是單獨列出各種誤差。各類(lèi)誤差相加時(shí)（即總誤差范圍），總誤差范圍就會(huì )非常大。因此，總誤差范圍可作為選擇傳感器的重要選擇依據。

3. 質(zhì)量和性能
   產(chǎn)品符合哪些性能標準？許多情況下，傳感器都是依據一或兩西格瑪公差制造的。但如果產(chǎn)品制造符合六西格瑪標準，其將具有高質(zhì)量、高性能以及一致性好等優(yōu)點(diǎn)，從而可被視為性能符合產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明。
   
4. 其它考慮因素
   
   選擇重載傳感器時(shí)，還應考慮以下因素：

• 傳感器必須經(jīng)過(guò)補償、校準、放大，并且必須是成品——無(wú)需加配其它資源即可適應應用要求。
• 自定義校準，或結合自定義輸出的自定義校準，應能夠輸出各種規定電壓，在不更改設計的情況下即可滿(mǎn)足設計規范要求。
• 產(chǎn)品符合CE指令，滿(mǎn)足IP防護等級要求，具有長(cháng)的平均失效時(shí)間，符合電磁兼容性要求，即便在惡劣環(huán)境中也具有較高的耐用性。
• 寬泛的補償溫度范圍使同一裝置可應用在系統各個(gè)部分，應用領(lǐng)域更加廣泛。
• 多種連接器和壓力接口使傳感器能夠滿(mǎn)足各種應用需求。
• 體積小，使傳感器在安置時(shí)更加靈活
• 傳感器應滿(mǎn)足ISO 9001等工業(yè)標準
• 需考慮傳感器的總體成本，包括集成、配置及實(shí)施成本。

另一個(gè)需考慮的主要因素是設計和應用支持。在設計、開(kāi)發(fā)、試驗及生產(chǎn)階段，是否有人能夠為設計工程師解答重要問(wèn)題？供應商是否具有足夠的全球分支機構、產(chǎn)品和支持來(lái)協(xié)助客戶(hù)的設計直至全球化制造？

霍尼韋爾PX2系列重載壓力傳感器是一款可配置性高的新型壓力傳感器，其應用領(lǐng)域包括暖通空調、制冷、工業(yè)及運輸應用等。它結合壓阻式檢測和ASIC（專(zhuān)用集成電路）信號調理技術(shù)，即使在嚴苛環(huán)境下也能提供可靠性能。該傳感器在-40℃至125℃[-40 F至257F]的工作溫度范圍內的總誤差范圍為±2%，并且其零點(diǎn)、靈敏度、溫度影響及非線(xiàn)性進(jìn)行了完全校準和補償。

設計工程師通過(guò)使用完整的選型清單來(lái)選擇重載壓力傳感器，能夠根據真實(shí)、可檢驗的數據做出迅速健全的決策。目前的傳感器精度水平已經(jīng)遠遠超過(guò)幾年前的產(chǎn)品，因此設計工程師能夠快速選出不需更改即可使用的產(chǎn)品已顯得尤為重要。

作者信息

Ketan Mehta是霍尼韋爾傳感與控制部資深全球產(chǎn)品經(jīng)理，可發(fā)送郵件至ketan.mehta@honeywell.com或Jackie.dong@honeywell.com聯(lián)系。