壓力傳感器性能參數及原理應用

壓力傳感器性能參數及原理應用

 性能參數

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

1. 額定壓力范圍

額定壓力范圍是滿足標準規定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規定工作特性的壓力范圍。在實際應用時傳感器所測壓力在該范圍之內。

2. 最大壓力范圍

最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，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使用也不會被損壞。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，傳感器輸出與壓力之間直線關系的最大偏離。

5.壓力遲滯

為在室溫下及工作壓力范圍內，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時，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償溫度范圍和工作溫度范圍。補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進入額定范圍內的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。

技術參數 （量程15MPa-200MPa）

參數 單位 技術指標 參數 單位 技術指標

靈敏度 mV/V 1.0±0.05 靈敏度溫度系數 ≤%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

重復性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 輸出電阻 Ω 350±5Ω

蠕變 ≤%F·S/30min ±0.02 安全過載 ≤%F·S 150% F·S

零點輸出 ≤%F·S ±2 絕緣電阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)

零點溫度系數 ≤%F·S/10℃ ±0.03 推薦激勵電壓 V 10V-15V

適用范圍

     用于對人體有創血壓如動脈壓、中心靜脈壓、肺動脈壓、左冠狀動脈壓多種壓力進行監測，直接獲得血壓這一生理參數，為臨床對疾病的診斷、治療和愈后估計提供客觀依據。

結構規格

     選用醫用級聚碳酸脂、聚氯乙烯作為傳感器主體及測壓連接管的材料。

包裝規格為CH-DPT-248、CH-DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ。

安裝程序

1） 連接壓力傳感器系統前打開監護儀。

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

注意：連接接頭時，不要擰得太緊。

3） 旋塞閥的所有通口都應蓋有孔的保護帽，直到傳感器系統內注滿肝素生理鹽水溶液和排盡氣泡后，才更換成無孔的保護帽。

4） 把壓力傳感器連接到監護儀上，按照監護儀說明把監護儀調零。

注意：a）如無法調零，請更換傳感器重新調零；如果調零不成功，請檢查電纜連線、監護儀等是否正常。b）在安裝DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ傳感器時，要用顏色編碼來鑒別血壓類型：紅色---動脈壓；藍色---中心靜脈壓；黃色---肺動脈壓；綠色---左冠狀動脈壓；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，將傳感器系統連接到人體。

性能注意

藥液填充

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

2） 打開已消毒好的傳感器包，核實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，打開流量調節器（滾動止流夾），輕輕擠壓輸液袋，同時擠壓傳感器沖洗閥，直到將所有空氣都排出輸液器及所有管路。

4） 關閉流量調節器（滾動止流夾），將輸液器放入壓力護套中并懸掛在距離病人約2英尺高的掛桿上。

注意：此時不要給輸液袋加壓。

5） 仔細檢查系統中所有充入液體的部分，確認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中，擠壓沖洗閥除去系統中所有的空氣。

7） 將系統中三通閥的所有未使用的通道上的保護帽全部換成無孔保護帽。

8） 將傳感器系統連接到病人身上，再次沖洗系統以便除去管路中的血液。

為避免沖洗時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導管回流的現象。

調零校準

1） 建議將壓力傳感器及其三通閥置于腋中線水平，這個三通是用來通氣和傳感器調零的。

2） 核準三通閥上的保護帽為有孔的，將傳感器與監護儀連接起來，并按照監護儀說明，將傳感器在大氣條件下調零。

3） 監護儀調零后，關閉三通閥與空氣連通口，并蓋上無孔保護帽。 4） 用方波檢測系統的動力反應。動力反應測試應在沖洗管路、排盡氣泡并與患者相連接調零和校準等一系列操作后實施。

注意：系統需要大約一分鐘的平衡過程，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、流量正常并無泄露。因任何小的泄露可能導致監護儀讀數錯誤。

5）系統調零校準正常后，按需要進行動態監測。

使用禁忌

對已知出血性疾病者應特別注意。

連續使用不得超過7天。

防腐技巧

     壓力傳感器被應用于各行各業，尤其是工業上應用非常多的壓力傳感器，但是工業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，可以監測任何與316L相兼容的介質。下面我們還來介紹一下壓力傳感器的防腐技巧。
　　首先，了解被測介質是否與316L相兼容：316，317L合金在100小時5%鹽霧測試中，都沒有出現腐蝕。其次，在選購傳感器產品時，向供應商咨詢介質對壓力傳感器是否有影響；通過對彈體耐腐蝕材料的選擇，以便達到用戶使用的需求。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程中一旦發現其不能與介質兼容就必須馬上更換傳感器，對應一些特殊的介質我們可以采用特殊的材質或者特殊的結構來進行測量，壓力傳感器未來肯定會得到更加廣泛的應用，所以作為廠家我們要積極開發新型壓力傳感器來適應需要。

趨勢

1.主要垂直行業，包括石油和天然氣、汽車和醫療保健的技術進步導致了多種應用程序以及壓力傳感器功能的演變。

2.汽車領域是壓力傳感器的最重要的用戶之一，汽車生產的激增導致對壓力傳感器和相關組件的需求不斷增加。

3.機動車安全已成為整個汽車行業的重要方面，圍繞此項特性的嚴格的政府法規有助于促進汽車行業壓力傳感器的需求增長。

4.基于微機電系統(MEMS)和納機電系統(NEMS)的技術一直以來廣受大眾歡迎，采用量大增，導致壓力傳感器市場的增長。

5.消費電子壓力傳感器使用量大大增加，成為整個市場發展最快的應用領域。

6.終端使用行業如汽車和醫療保健市場趨于成熟成為阻礙北美和歐洲壓力傳感器市場的一大挑戰。

7.在亞洲國家，如中國、日本、印度和韓國快速的工業化和機動車生產都可以歸結為亞太壓力傳感器市場的發展。

8.亞太和中東地區的智能城市基礎設施的發展持有巨大的未來增長潛力。

9.消費者購買壓力傳感器對其安裝和更換不斷飆升的成本心存憂慮，可能會影響壓力傳感器市場。

10.在過去的幾年中，壓力傳感器市場取得了迅速進展，對競爭格局產生了積極影響，為市場引入了新的參與者并擴大了市場現有參與者的范圍。  

原則

    現代傳感器在原理與結構上千差萬別，如何根據具體的測量目的、測量對象以及測量環境合理地選用傳感

器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。測量結果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。

1、根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型

要進行—個具體的測量工作，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。因為，即使是測量同一物理量，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，則需要根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產還是進口，價格能否承受，還是自行研制。

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

2、靈敏度的選擇

    通常，在傳感器的線性范圍內，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的廠擾信號。

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

3、頻率響應特性

    傳感器的頻率響應特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。

傳感器的頻率響應高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結構特性的影響，機械系統的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。

在動態測量中，應根據信號的特點(穩態、瞬態、隨機等)響應特性，以免產生過火的誤差。

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，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量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。

但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。

5、穩定性

    傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩定性。影響傳感器長期穩定性的因素除傳感器本身結構外，主要是傳感器的使用環境。因此，要使傳感器具有良好的穩定性，傳感器必須要有較強的環境適應能力。

    在選擇傳感器之前，應對其使用環境進行調查，并根據具體的使用環境選擇合適的傳感器，或采取適當的措施，減小環境的影響。傳感器的穩定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應重新進行標定，以確定傳感器的性能是否發生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩定性要求更嚴格，要能夠經受住長時間的考驗。

6、精度

     精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關系到整個測量系統測量精度的一個重要環節。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。

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

    對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設計制造傳感器。自制傳感器的性能應滿足使用要求。

原理應用

種類

    力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。

認識

   在了解壓阻式壓力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。