MEMS壓力傳感器該如何選型？智芯傳感告訴您（一）

     近期，新加坡的產(chǎn)品研究和咨詢(xún)公司Twimbit公布了一份調研報告，預測和分析了2020-2023年，全球市場(chǎng)中15種市場(chǎng)規模最大的傳感器，這些傳感器是從上百種主要傳感器類(lèi)別中篩選出來(lái)的。這15種傳感器合計占2020年全球總份額的79.88%，如下圖：

     在15種市場(chǎng)規模最大的傳感器中，壓力傳感器排名第六，2020年的全球市場(chǎng)規模達到91.69億美元，到2023年預計增加到110億美元銷(xiāo)售額，復合年增長(cháng)率為6.3%。壓力傳感器用途極其廣泛，有多個(gè)應用場(chǎng)景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、消費電子、汽車(chē)、生物醫學(xué)、航空航天、天然氣、化工、礦業(yè)、電力、樓宇自動(dòng)化、暖通空調、食品加工、制****、醫療保健、環(huán)境監測等等。

     那么，面對種類(lèi)繁雜、型號眾多的壓力傳感器，我們應該如何選擇一款合適的傳感器呢？這就涉及到了傳感器的選用原則，即以最合適的價(jià)格選擇滿(mǎn)足其用途、壓力量程、精度需求、溫度范圍、電學(xué)要求、作業(yè)方式、壓力密封要求等指標的壓力傳感器，當壓力傳感器安裝到設備上之后，要運行正常穩定，測量準確，經(jīng)久耐用。我們將分兩個(gè)章節來(lái)介紹壓力傳感器選型必須考慮的重要方面。

     壓力傳感器又分為傳統壓力傳感器與MEMS壓力傳感器，在實(shí)際應用中，MEMS壓力傳感器以其體積小、精度高、穩定性好等優(yōu)點(diǎn)逐漸替換了傳統壓力傳感器。因此本文主要針對MEMS壓力傳感器進(jìn)行介紹。

用途方面的考量

     由于結構不同，壓力傳感器可以分為測定絕對壓力的絕壓傳感器、測定對大氣的相對壓力的表壓傳感器和測定兩處壓力差的差壓傳感器。

     測定絕對壓力（即絕壓傳感器）時(shí)，傳感器內自身帶有真空參考壓，所測壓力與大氣壓力無(wú)關(guān)，是相對于真空的壓力。

     對大氣的相對壓力是以大氣壓力為參考壓，因此傳感器彈性膜一側始終與大氣是連通的。由于大氣壓力與離地面的高度、四季中大氣中水汽含量的變化以及不同地點(diǎn)和組成大氣的各種氣體的含量的變化有關(guān)。因此，所測得的相對壓力便與上述因素有關(guān)。

     此外，還可從傳感器彈性膜兩側分別導入流體壓力，這樣能測定流體不同地點(diǎn)或流體間的差壓。

     所以，針對不同用途應選用不同結構的壓力傳感器。

壓力量程方面的考量

     壓力傳感器的壓力適用范圍是分級的，這是因為壓力傳感器的彈性膜承受流體壓力有一個(gè)限度。這就是通常所說(shuō)地耐壓極限，超過(guò)此極限，彈性膜便破裂了。傳感器都有不同過(guò)壓能力，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)傳感器都有20%~300%的過(guò)壓能力。

     壓力量程的選用應主要考慮三個(gè)方面的因素：傳感器的最大過(guò)壓能力、精度與壓力量程的關(guān)系以及傳感器的價(jià)格與壓力量程的關(guān)系。

量程的選用在考慮最大過(guò)壓能力時(shí)，要特別注意靜壓和動(dòng)壓的區別。因為，動(dòng)壓往往會(huì )出現沖擊壓力，甚至沖擊波，而沖擊壓力遠高于靜壓力，如果選用的最大工作壓力量程是指靜壓力的話(huà)，傳感器在承受動(dòng)壓力時(shí)，應選用較大的過(guò)壓能力，否則沖擊壓力很容易達到極限耐壓，使壓力傳感器受到破壞。

量程的選用我們還要注意精度和量程的關(guān)系，一般情況下不同量程的壓力傳感器其精度存在差異，在選型時(shí)選擇合適的量程更容易滿(mǎn)足精度上的要求。

對于價(jià)格與量程的關(guān)系，通常來(lái)說(shuō)，0.3~1MPa的壓力傳感器的價(jià)格較便宜，0.1MPa以下或1MPa以上的壓力傳感器價(jià)格比較貴。

精度需求的考量

     精確度，是傳感器行業(yè)內通俗用來(lái)描述傳感器輸出誤差常用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。它來(lái)源于非線(xiàn)性，遲滯，不可重復性，溫度，零點(diǎn)平衡，校正和濕度效應。通常下我們將精確度指定為非線(xiàn)性，遲滯和不可重復性的綜合影響。

     靜態(tài)精度是指某一特定溫度（室溫25℃）下應達到的精度?？梢苑譃樗臋n：0.01~0.1%FS為超高精度；0.1~1%FS為高精度；1~2%FS為普通精度；2~10%FS為低精度。全溫度范圍精度是指壓力傳感器在整個(gè)使用溫度范圍內都應達到的精度，同樣可以分為與靜態(tài)精度相同的四檔。

     壓力傳感器的熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏度漂移系數及非線(xiàn)性誤差是影響傳感器精度的重要指標。對同一壓力傳感器來(lái)說(shuō)，熱零點(diǎn)漂移系數隨工作壓力增加而減小，而熱靈敏度系數和非線(xiàn)性誤差隨工作壓力增加而增加。

     一般來(lái)說(shuō)，擁有更高精確度的傳感器成本會(huì )更高，但是壓力傳感器達到高精度時(shí)，必然在制作過(guò)程中增添了許多附加工藝以及?；催^(guò)程和補償技術(shù)。因此應根據壓力傳感器實(shí)際應用場(chǎng)合和要求，提出合理的精度要求。

     壓力傳感器的選型還有電學(xué)要求、作業(yè)方式（介質(zhì)）、工作溫度范圍和壓力密封要求等考量因素，我們將在下一篇文章中著(zhù)重介紹。

北京智芯傳感科技有限公司自主研發(fā)、生產(chǎn)標定的多種MEMS壓力傳感器，在用途方面涵蓋了絕壓、表壓、差壓等多種結構；在壓力量程方面，包含多種量程范圍，如300~1200hPa，10~115KPa，50~400KPa，0~4MPa，并實(shí)現量程范圍可定制；在精度方面，智芯傳感自主研發(fā)的專(zhuān)用調理電路支持對傳感器的零點(diǎn)、靈敏度的二階溫度漂移校準以及最高三階的非線(xiàn)性校準，最高校準精度可以達到0.1%，且大部分型號的壓力傳感器精度全量程可保證在±1%FS以?xún)?，在國內同?lèi)產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。