传感器选型重点

传感器的选型

简介

本文将引导新的传感器用户通过以下的程序来选择压力传感器，我们将定义术语和传感器的性能指标以方便选择具有某项特殊功能的压力传感器。在本文中，传感器是一个广义的概念，它包括范围可以从传感器芯片到变送器。

程序

在选择传感器前应首先定义它的使用要求，我们可以回答几个问题来明确我们的要求：

1． 测量类型

 绝压（参考点为真空）

 差压（高压端压力以低压端压力为参考点）

2.满压力量程

 0~1.0psi

 1.0~100psi

 100~1000psi

 1000~ psi

3. 静态精度要求（参比温度25℃）

 非线性、重复性、压力迟滞

 0~0.1%

 0.1%~0.5%

 0.5%~1.0%

4.传感器分类

 基本传感器：mv输出

 温度补偿和校准的传感器：mv输出

 变送器：V级输出

 变送器：mA输出或数字输出

5.传感器封装

 印制电路板封装

 管道安装（远传装置）

6.介质兼容性

 空气、干燥气体

 无腐蚀性的气体或液体

 腐蚀性液体

7．价格

 传感器购买价格

 劳动力（测试和校准）

现在对以上的几个问题做一下详细的说明：

1.压力测量的类型：（绝压和差压）

压力测量的类型最基本的可以分为绝压测量和差压测量。绝压测量是将一个参考的压力封闭在传感器的芯片之中。通常这个压力的大小只有真空（小于5mtor）和标准大气压（14.7psi）两种。参考压力为真空的传感器我们称为绝压传感器，为一个标准大气压的传感器我们称为密封表压传感器。

因为所有的传感器都是测量加在传感器两面膜片上的压力差，但是差压传感器的压力参考端的压

力是可以变化的。因此表压传感器（参考端通过一个小孔可以接通大气）仅仅是一种普通形式的差压传感器。

2.压力的量程范围：

在标准的量程范围里选择适合的压力传感器通常需要了解传感器工作压力的变化对传感器参数变化的影响。传感器的额定压力是厂商或用户作为测试的目的一个参考压力点。参考测试的压力点通常这样定义：4inH2O、10inH2O、1psi、5psi、15psi、30psi、50psi、100psi、150psi、300psi、500psi、1000psi、3000psi、5000psi，于是我们使用传感器的范围可以从1inH2O到5000psi。这些压力量程通常有三种形式：传感器、带温度补偿和校准的传感器，带放大的变送器。

通常选择传感器的压力量程要和现场的工作压力相符合，这时候我们需要了解传感器的另一个特性：过载压力。过载压力可以定义为传感器可以承受的最大压力而对传感器不产生任何的影响（如校准的变化和物理的损伤）。这是传感器可以在系统中工作的最大压力。

另外，在传感器的所有特性中（如线性、温度误差、过载压力等）确定最优化的参数也是同样重要的。

下面对如何进行参数的优化配置以选择到自己使用场合中最佳的传感器作以说明：

线性偏差： 随工作压力的增加而增加。

零位温度系数： 随工作压力的增加而减小。

满量程温度系数： 随工作压力的增加基本维持不变。

分辨度： 随量程的增加而减小

 线性：传感器工作在额定压力的以内，线性要小于工作在额定压力以外。二者关系可以近似

的认为是正比关系，如SCX015DNC在15psi时非线性为0.25%FS~0.3%FS，在30psi时非线性为0.5%FS~0.6%FS。这种对应关系会持续到传感器膜片的疲劳压力点。因此，如果传感器在使用中首要的参数是线性的话，那么一个理想的传感器应该是高量程的压力传感器以降低在使用量程范围内的非线性误差。

综合考虑这样的做法，它会使传感器的灵敏度降低并且会增加传感器的零位温度漂移在信号中所占的比率。

 零位温度系数：温度变化时，零位的漂移量不会随传感器的工作压力的变化而发生变化，但

是增加传感器额定工作压力的满量程输出会降低传感器的零位温度系数。因此我们要降低传感器的零位温度系数，一个方法就是在高的压力场合中使用尽可能小的传感器（不能超过传感器的过载压力）。

 满量程温度系数：温度变化时，满量程的漂移量会随传感器的工作压力的增大而增大。但满

量程温度系数基本保持恒定。传感器在一半的额定压力时的误差是在额定压力时的误差的一半，当工作压力增大时，它们的这种关系将得到继续。

 分辨度：传感器的分辨度是传感器所能探知的最小压力变化。它作用是使系统产生输出噪声

信号。当传感器内阻稳定且传感器上应力散失后，传感器的噪声回达到稳定。增加传感器的灵敏度会增加传感器的分辨度。

举例说明

如果在一个系统中，工作压力是10psi，在0~50℃误差小于5%，那么我们来看看两种带温度补偿的传感器在10psi的特性。我们选择两种传感器SCX05DNC和SCX15DNC分别在200%和66%处的特性。

SCX05DNC

非线性 零位温度误差 满量程温度系数 最大误差总和 满量程输出@12v SCX15DNC

非线性 零位温度误差 5psi 10psi

1%max 2%max

+1.0mv（1.67%max） +1.0mv（0.83%max）

2%max 2%max

4.67%max 4.83%max

60mv 120mv

15psi 10psi

1%max 0.67%max

+1.0mv（1.1%max） +1.0mv（1.6%max）

满量程温度系数 2%max 2%max

最大误差总和 4.1%max 4.2%max

满量程输出@12v 90mv 60mv

从二者的比较来看，在10psi最大误差的差值在1%以内，但二者的信号输出分别是120mv和60mv，因此尽管小量程的传感器误差略大，在很多的场合中用户因为其较高的满量程输出而被选择。

4.传感器的分类：

传感器通常分为3类：

 基础元器件：一种已封装的传感器，经过了性能的测试并且没有附加的电路。

 补偿式传感器：一种压力传感器，经过了性能测试并且带附加的补偿电路以提高其温度性能

和其它某些参数。

 出。

变送器：在补偿式压力传感器上配置电子电路，使其具有电压（V）、电流（mA）或数字输

5.安装形式：

传感器和变送器的安装形式可以分为3类：

 PC板安装式：PC板安装式在中、低压力量程内是最为流行的，其倒牙形压力接口使连接简

单可靠。

 盒体封装式：其常常用于不锈钢压力变送器系统的前后端，在一个大的封装内和电子电路连

接。它常常是基础的元器件或补偿式的传感器。

 管道罗纹、法兰安装式：通常被不锈钢所密封，带有阴螺纹、阳螺纹或是法兰，通常和电子

线路相连，输出1~5VDC，0~5VDC，4~20mADC信号。

6.介质兼容性：

对于不锈钢封装的传感器，由于绝大多数的材质是316L，所以它可以测试任何316L SS可以兼容的介质。

对于不是干净的干燥气体，PC板安装式的传感器则不能直接的应用，它需要在使用前确认介质的兼容性。SENSYM/ICT 的传感器是利用半导体微机械加工工艺，使用单晶硅片为原料加工而成。利用金丝球焊的生产工艺将传感器镀金管脚和硅片（镀铝层）连接起来。如果被水、腐蚀性介质、电离性介质接触，传感器就会失效。尽管传感器内部的结构上被涂敷了一层硅凝胶，但是如果使用的介质不是清洁、干燥的气体，请和厂家联系确认后使用。

另外一个限制传感器使用介质的材料是室温硫化橡胶（RTV），它被用作传感器生产过程中芯片的粘接剂。当传感器受到温度变化或其他应力的作用时，室温硫化橡胶可以使传感器芯片感受到最小的应力影响。室温硫化橡胶和油气以及一些强的化学溶剂不能兼容，使用时应当注意，或和厂家联系确认后使用。