壓力傳感器性能參數(shù)及原理應(yīng)用

壓力傳感器性能參數(shù)及原理應(yīng)用

 性能參數(shù)

壓力傳感器的種類(lèi)繁多，其性能也有較大的差異，如何選擇較為適用的傳感器，做到經(jīng)濟(jì)、合理的使用。

1. 額定壓力范圍

額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)傳感器所測(cè)壓力在該范圍之內(nèi)。

2. 最大壓力范圍

最大壓力范圍是指?jìng)鞲衅髂荛L(zhǎng)時(shí)間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為提高線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會(huì)被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的2－3倍。

3. 損壞壓力

損壞壓力是指能夠加在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。

4. 線性度

線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。

5.壓力遲滯

為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時(shí)，傳感器輸出之差。

6.溫度范圍

壓力傳感器的溫度范圍分為補(bǔ)償溫度范圍和工作溫度范圍。補(bǔ)償溫度范圍是由于施加了溫度補(bǔ)償，精度進(jìn)入額定范圍內(nèi)的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。

技術(shù)參數(shù) （量程15MPa-200MPa）

參數(shù) 單位 技術(shù)指標(biāo) 參數(shù) 單位 技術(shù)指標(biāo)

靈敏度 mV/V 1.0±0.05 靈敏度溫度系數(shù) ≤%F·S/10℃ ±0.03

非線性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 工作溫度范圍 ℃ -20℃～+80℃

滯后 ≤%F·S ±0.02～±0.03 輸入電阻 Ω 400±10Ω

重復(fù)性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 輸出電阻 Ω 350±5Ω

蠕變 ≤%F·S/30min ±0.02 安全過(guò)載 ≤%F·S 150% F·S

零點(diǎn)輸出 ≤%F·S ±2 絕緣電阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)

零點(diǎn)溫度系數(shù) ≤%F·S/10℃ ±0.03 推薦激勵(lì)電壓 V 10V-15V

適用范圍

     用于對(duì)人體有創(chuàng)血壓如動(dòng)脈壓、中心靜脈壓、肺動(dòng)脈壓、左冠狀動(dòng)脈壓多種壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，直接獲得血壓這一生理參數(shù)，為臨床對(duì)疾病的診斷、治療和愈后估計(jì)提供客觀依據(jù)。

結(jié)構(gòu)規(guī)格

     選用醫(yī)用級(jí)聚碳酸脂、聚氯乙烯作為傳感器主體及測(cè)壓連接管的材料。

包裝規(guī)格為CH-DPT-248、CH-DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ。

安裝程序

1） 連接壓力傳感器系統(tǒng)前打開(kāi)監(jiān)護(hù)儀。

2） 采用消毒措施打開(kāi)包裝，確認(rèn)所有的接口安全密封以及三通閥等輔件工作狀態(tài)良好。

注意：連接接頭時(shí)，不要擰得太緊。

3） 旋塞閥的所有通口都應(yīng)蓋有孔的保護(hù)帽，直到傳感器系統(tǒng)內(nèi)注滿肝素生理鹽水溶液和排盡氣泡后，才更換成無(wú)孔的保護(hù)帽。

4） 把壓力傳感器連接到監(jiān)護(hù)儀上，按照監(jiān)護(hù)儀說(shuō)明把監(jiān)護(hù)儀調(diào)零。

注意：a）如無(wú)法調(diào)零，請(qǐng)更換傳感器重新調(diào)零；如果調(diào)零不成功，請(qǐng)檢查電纜連線、監(jiān)護(hù)儀等是否正常。b）在安裝DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ傳感器時(shí)，要用顏色編碼來(lái)鑒別血壓類(lèi)型：紅色---動(dòng)脈壓；藍(lán)色---中心靜脈壓；黃色---肺動(dòng)脈壓；綠色---左冠狀動(dòng)脈壓；白色---其他。

5） 用肝素生理鹽水沖洗管路，并排盡管路中的空氣。

注意：管路不得有氣泡殘留。

6） 待所有管路中填充肝素生理鹽水后，將傳感器系統(tǒng)連接到人體。

性能注意

藥液填充

1） 遵照醫(yī)師說(shuō)明，在一個(gè)密閉的輸液袋中準(zhǔn)備肝素生理鹽水（通常是0.9%的生理鹽水加一定體積的水成肝磷脂）。

2） 打開(kāi)已消毒好的傳感器包，核實(shí)所有的接頭均是安全的且所有的三通閥旋紐均是在所期望的位置。

3） 將輸液器插頭插入輸液袋中，打開(kāi)流量調(diào)節(jié)器（滾動(dòng)止流夾），輕輕擠壓輸液袋，同時(shí)擠壓傳感器沖洗閥，直到將所有空氣都排出輸液器及所有管路。

4） 關(guān)閉流量調(diào)節(jié)器（滾動(dòng)止流夾），將輸液器放入壓力護(hù)套中并懸掛在距離病人約2英尺高的掛桿上。

注意：此時(shí)不要給輸液袋加壓。

5） 仔細(xì)檢查系統(tǒng)中所有充入液體的部分，確認(rèn)所有的氣泡均已被排出。

6） 將輸液袋加壓到300mmHg，如果仍有氣泡殘留在系統(tǒng)中，擠壓沖洗閥除去系統(tǒng)中所有的空氣。

7） 將系統(tǒng)中三通閥的所有未使用的通道上的保護(hù)帽全部換成無(wú)孔保護(hù)帽。

8） 將傳感器系統(tǒng)連接到病人身上，再次沖洗系統(tǒng)以便除去管路中的血液。

為避免沖洗時(shí)氣泡或管路中的血液凝血回到患者，要確保管路中沖入液體并且允許少量血液通過(guò)導(dǎo)管回流的現(xiàn)象。

調(diào)零校準(zhǔn)

1） 建議將壓力傳感器及其三通閥置于腋中線水平，這個(gè)三通是用來(lái)通氣和傳感器調(diào)零的。

2） 核準(zhǔn)三通閥上的保護(hù)帽為有孔的，將傳感器與監(jiān)護(hù)儀連接起來(lái)，并按照監(jiān)護(hù)儀說(shuō)明，將傳感器在大氣條件下調(diào)零。

3） 監(jiān)護(hù)儀調(diào)零后，關(guān)閉三通閥與空氣連通口，并蓋上無(wú)孔保護(hù)帽。 4） 用方波檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)力反應(yīng)。動(dòng)力反應(yīng)測(cè)試應(yīng)在沖洗管路、排盡氣泡并與患者相連接調(diào)零和校準(zhǔn)等一系列操作后實(shí)施。

注意：系統(tǒng)需要大約一分鐘的平衡過(guò)程，然后施行小滴量檢查沖洗閥是否良好，用肉眼觀察是否有泄露。安裝30分鐘后要定期檢查，確保輸液袋壓力正常、流量正常并無(wú)泄露。因任何小的泄露可能導(dǎo)致監(jiān)護(hù)儀讀數(shù)錯(cuò)誤。

5）系統(tǒng)調(diào)零校準(zhǔn)正常后，按需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

使用禁忌

對(duì)已知出血性疾病者應(yīng)特別注意。

連續(xù)使用不得超過(guò)7天。

防腐技巧

     壓力傳感器被應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其是工業(yè)上應(yīng)用非常多的壓力傳感器，但是工業(yè)上一般要求壓力傳感器能夠防腐蝕，壓力傳感器接頭和腔體采用進(jìn)口不銹鋼整體加工，作為壓力變送器彈體的不銹鋼材料耐蝕性高、衰減性能好，可以監(jiān)測(cè)任何與316L相兼容的介質(zhì)。下面我們還來(lái)介紹一下壓力傳感器的防腐技巧。
　　首先，了解被測(cè)介質(zhì)是否與316L相兼容：316，317L合金在100小時(shí)5%鹽霧測(cè)試中，都沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕。其次，在選購(gòu)傳感器產(chǎn)品時(shí)，向供應(yīng)商咨詢介質(zhì)對(duì)壓力傳感器是否有影響；通過(guò)對(duì)彈體耐腐蝕材料的選擇，以便達(dá)到用戶使用的需求。最后，我們可以采用隔離辦法：壓力變送器前有鉬2鈦和鉭片，膜片與彈道管之間用甲基硅油傳送壓力，最小量程可做到0～100kPa，如果膜片材料還不耐腐，則可加一層F46膜片，但儀表靈敏度有所降低。也可直接用F46作隔離膜片，傳遞液可選用氟油，則可起雙重隔離作用。 
　　壓力傳感器在使用過(guò)程中一旦發(fā)現(xiàn)其不能與介質(zhì)兼容就必須馬上更換傳感器，對(duì)應(yīng)一些特殊的介質(zhì)我們可以采用特殊的材質(zhì)或者特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，壓力傳感器未來(lái)肯定會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用，所以作為廠家我們要積極開(kāi)發(fā)新型壓力傳感器來(lái)適應(yīng)需要。

趨勢(shì)

1.主要垂直行業(yè)，包括石油和天然氣、汽車(chē)和醫(yī)療保健的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了多種應(yīng)用程序以及壓力傳感器功能的演變。

2.汽車(chē)領(lǐng)域是壓力傳感器的最重要的用戶之一，汽車(chē)生產(chǎn)的激增導(dǎo)致對(duì)壓力傳感器和相關(guān)組件的需求不斷增加。

3.機(jī)動(dòng)車(chē)安全已成為整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的重要方面，圍繞此項(xiàng)特性的嚴(yán)格的政府法規(guī)有助于促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)壓力傳感器的需求增長(zhǎng)。

4.基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)的技術(shù)一直以來(lái)廣受大眾歡迎，采用量大增，導(dǎo)致壓力傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)。

5.消費(fèi)電子壓力傳感器使用量大大增加，成為整個(gè)市場(chǎng)發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域。

6.終端使用行業(yè)如汽車(chē)和醫(yī)療保健市場(chǎng)趨于成熟成為阻礙北美和歐洲壓力傳感器市場(chǎng)的一大挑戰(zhàn)。

7.在亞洲國(guó)家，如中國(guó)、日本、印度和韓國(guó)快速的工業(yè)化和機(jī)動(dòng)車(chē)生產(chǎn)都可以歸結(jié)為亞太壓力傳感器市場(chǎng)的發(fā)展。

8.亞太和中東地區(qū)的智能城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展持有巨大的未來(lái)增長(zhǎng)潛力。

9.消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)壓力傳感器對(duì)其安裝和更換不斷飆升的成本心存憂慮，可能會(huì)影響壓力傳感器市場(chǎng)。

10.在過(guò)去的幾年中，壓力傳感器市場(chǎng)取得了迅速進(jìn)展，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)格局產(chǎn)生了積極影響，為市場(chǎng)引入了新的參與者并擴(kuò)大了市場(chǎng)現(xiàn)有參與者的范圍。  

原則

    現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感

器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1、根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類(lèi)型

要進(jìn)行—個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。

在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類(lèi)型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。

2、靈敏度的選擇

    通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲膹S擾信號(hào)。

    傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。

3、頻率響應(yīng)特性

    傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。

傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。

在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差。

4、線性范圍

    傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。

5、穩(wěn)定性

    傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

    在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。

6、精度

     精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。

    如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。

    對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。

原理應(yīng)用

種類(lèi)

    力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。

認(rèn)識(shí)

   在了解壓阻式壓力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。