工业气动应用中重载压力传感器的选型设计要素 - 全文

在气动应用中，重载压力传感器可用于测量和控制高压压缩空气和气体的压力。气动应用的核心是空气压缩机，其作用是提供压缩空气驱动气动设备或工具。在空气压缩机中，压力传感器能够将测量的压缩空气压力转换为数字或模拟电子信号，可在制造、建筑、化工、气动工具、石油和天然气、食品饮料行业以及医疗设备应用中实现精确控制。重载应用的压力测量范围通常为100至1000 PSI。在工业空气压缩机中，重载压力传感器可用于测量和控制入口和出口压力、过滤器压降、冷却水入口和出口压力以及压缩机机油压力。传感器对于保持压缩机的性能和效率起着关键作用。例如，霍尼韦尔PX2压力传感器能够测量储气罐内的气压。（如图1所示）。储气罐内气压用来控制压缩机的启动和关闭。图1所示的空气压缩机适用于各类工业应用，包括使用PET瓶中的压缩空气实现塑料瓶的吹塑成型，以及操作气锤、气钉枪和手提钻等气动工具。

与工业系统应用压缩空气情形一致——储气罐压力下降时，即触发启动空气压缩机；压缩机将持续运行，直至气压达到预设值时关闭。

传感器通常用于两种压力测量：（1）确定输出到使用设备的压缩空气量是否适当；（2）监测气压泄漏，用于压力管路的维护。为实现和维持更好的压缩机性能，选择传感器时应主要依据可靠性和气压测量精度这两个标准。选择重载压力传感器时，需考虑许多关键性能技术参数，包括总误差范围（TEB）、可配置性及耐用性。此外，还需考虑其它一些重要参数，包括校准、零点输出以及宽压力范围等。以上所有因素均能影响产品性能、上市时间以及客户总体应用成本。

传感器的选择标准应满足系统一致性和可靠性的全部需求。为气动空气压缩机应用选型时，设计工程师需考虑以下四点：

●精度和一致性：选择传感器时，总误差范围是最为重要的技术参数。总误差范围包含了传感器所有可能误差，表明了装置在补偿温度范围（如-40℃至125℃）内的真实精度。例如，±2%的总误差范围表示在工作温度范围内，不管压力是上升或下降，传感器误差不大于量程的2%。了解总误差范围对于确保传感器能够在压力范围及工作温度范围内的精确使用至关重要，这样才能够提供一致性好、可靠性和可重复性高的空气压力读数输出。这种特点的优势在于：因为传感器间的精度差异极小，因此传感器的可互换性好；传感器不必测试和校准；有助确保系统精度。以上优点对于终端产品的质量控制非常关键。

需特别指出的是，一些传感器生产商在产品数据手册上并没有提供总误差范围。在许多情况下，他们仅提供精度误差（压力非线性、迟滞及非重复性），这些精度误差只是总误差范围的一部分（如图2所示）。因此很难比较和评估不同厂商生产的传感器。

传感器总误差范围包含的所有误差。

●可配置性：应寻找一种能够为设计工程师提供多种关键技术参数选项的产品平台。传感器选型包括连接器和电缆、压力接口、压力类型和范围以及输出形式等关键技术参数选项。这样，定制设计可在现有解决方案的基础上，根据自身应用需求配置传感器，而无需寻找不同的供应商，进行供应商资格认定和样品测试。选择一个优异的产品平台表明，设计工程师可以通过选择标准选项自己完成产品的定制设计。这种特点的优势：使设备成本更低；减少总体设计、集成及实施成本；加速设备样机研制以快速上市。此外，由于供应商可重复利用成熟的技术、设计和工艺，因此降低了潜在的设计和采购风险。

●耐用性：传感器必须具有广泛的恶劣介质兼容性、宽泛的工作温度范围（-40℃至125℃）以及IP69等级密封防护。它们还必须提供EMC电磁兼容保护，并且要满足CE指令。此外，基于压阻式检测和ASIC（专用集成电路）信号调理技术的传感器，能够与多种恶劣介质兼容。对于传感器中每种与介质直接接触的材料均需认真考虑。例如，带不锈钢外壳的传感器能够防护更多的恶劣介质。这种特点的优势：使传感器可在恶劣环境中使用。

●供应商质量管理与支持：设计工程师还必须考虑供应商的质量管理流程、全球机构分布和设计支持能力。供应商必须在制造过程中采用六西格玛质量标准，从而制造出高质量和高性能的传感器。另外一个需要考虑的因素是供应商在用户产品设计及制造过程中所能提供的相关支持。供应商是否具有丰富的产品线、设计支持以及全球分支机构来支持客户的产品设计和制造要求？这种特点的优势：供应商向设计工程师保证，传感器在整个生命周期内都能够按技术规范正常使用，并且乐意为客户提供产品设计、应用和制造支持。

重载压力传感器选型设计时，还应考虑以下因素：

●传感器必须经过完全补偿、校准和信号放大，以提供即插即用的解决方案。

●传感器应可以进行用户校准，能够提供各种规定的电压输出，避免更改设计导致的昂贵成本。

●宽泛的补偿温度范围使传感器可应用于系统设计的整个过程，同时还可以输出真实的压力测量读数。

●宽压力范围（100至1000 psi），使传感器可用于系统的多个不同部分。

●提供多个连接器和压力接口选项，使传感器可满足全球不同设计工程师的特殊需求。

●封装及小巧体积设计使传感器的安置更加灵活。

●符合ISO 9001等工业标准。

例如，霍尼韦尔PX2系列压力传感器就是这样一种可配置性高的产品，连接器和布线、端口、压力类型、压力范围及输出形式有多种选项供客户选择。目前，PX2系列能够提供20，000多种可能的组合产品，还会有更多的产品上市。

PX2系列重载压力传感器从初始阶段按可配置性目标设计，提供成本效益高的解决方案，降低了用户设计、安装和应用的成本。

基于压阻式检测和ASIC（专用集成电路）信号调理技术，即使在严苛环境下也能提供可靠性能。该传感器在-40℃至125℃［-40 F至257F］工作温度范围内，总误差范围为±2%，并且对传感器的零点、灵敏度、温度影响及非线性进行了完全校准和补偿。

正如上文所述，设计清单可以帮助设计工程师选择合适的传感器，满足气动空气压缩机的应用需求，并且不需耗费由定制化产品修改导致的时间和成本。因此，PX2解决方案不仅节省总体应用成本，更具成本效益，而且使产品的集成和应用更加简单。