在本文中，了解什么是板裝式壓力傳感器、它們的工作原理、它們的優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用以及如何為設(shè)計(jì)選擇一個(gè)。

板載壓力傳感器（圖 1）已被用于許多應(yīng)用，包括醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化和 HVACR。但是為什么它們會(huì)被選擇而不是更傳統(tǒng)的壓力傳感系統(tǒng)呢？

圖 1：板載壓力傳感器示例。圖片由霍尼韋爾提供

板裝式壓力傳感器，顧名思義，是設(shè)計(jì)用于安裝在 PCB（印刷電路板）上的壓力傳感器，從而成為電子組件的集成部分。雖然一些傳感器設(shè)計(jì)用于評(píng)估傳感器和固體物體之間的物理接觸壓力，但其他傳感器專門用于測量液體或氣體的壓力。 

板載傳感器的優(yōu)勢

一般而言，板裝式壓力傳感器的優(yōu)勢在于將傳感器和 ASIC（專用集成電路）包含在單個(gè)芯片上，即使在非常擁擠的 PCB 上也易于放置。

這樣的做法： 

降低零件成本 

簡化設(shè)計(jì)復(fù)雜性

降低系統(tǒng)占用空間 

提高傳感器實(shí)施的設(shè)計(jì)靈活性

此外，其中一些傳感器包括集成在單個(gè)封裝中的校準(zhǔn)、放大和溫度補(bǔ)償： 

提高系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間 

使更換傳感器變得更加容易 

為壓力測量系統(tǒng)創(chuàng)建更緊湊、更輕便的占地面積。

另一個(gè)好處是這些傳感器如何設(shè)計(jì)用于在高濕度和/或暴露于各種流體和氣體的環(huán)境中工作。這允許傳感器直接暴露于被測介質(zhì)，這在呼吸機(jī)或睡眠呼吸暫停機(jī)等應(yīng)用中非常重要（見圖 2）。 

圖 2：睡眠呼吸暫停機(jī)中使用的傳感器示例圖。圖片由霍尼韋爾提供

最后，某些類型的此類傳感器可提供極高的準(zhǔn)確度以及良好的精度、分辨率和可重復(fù)性，所有這些在許多設(shè)備中都至關(guān)重要。 

壓力傳感器的壓力類型

幾乎所有板載壓力傳感器都依賴于某種類型的微結(jié)構(gòu)（例如，隔膜），該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的電氣特性變化與變形時(shí)所經(jīng)歷的變形成正比。 

電氣特性可以包括電容、電阻或電荷的變化，所有這些都可以被測量并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

壓力傳感器測量的三種壓力是：

• 表壓，相對(duì)于大氣壓的壓力
  

• 壓差，兩點(diǎn)之間的壓力差

• 絕對(duì)壓力， 相對(duì)于 0 psi 的壓力

• 在大多數(shù)情況下，表壓傳感器提供的輸出與大氣壓力的任何變化成正比，而壓差則基于兩個(gè)端口之間的壓力測量。最后，絕對(duì)壓力傳感器使用內(nèi)部真空參考，通常用于測量氣壓變化或高度變化。 

應(yīng)用：醫(yī)療和工業(yè)

板載壓力傳感器用于許多不同的應(yīng)用和行業(yè)（圖 3），從任務(wù)關(guān)鍵型醫(yī)療設(shè)備到自動(dòng)化制造。 

它們可以在 HVACR 檢測過濾器堵塞、協(xié)助環(huán)境監(jiān)測和 IAQ（室內(nèi)空氣質(zhì)量）以及建筑節(jié)能中找到。

這些壓力傳感器還可以很好地測量管道靜態(tài)壓力、檢測過濾器的存在以及支持 VAV（可變風(fēng)量）控制。

圖 3：可以應(yīng)用此類傳感器的兩個(gè)示例應(yīng)用是醫(yī)療設(shè)備（左）和工業(yè)環(huán)境（右）。圖片由霍尼韋爾提供

醫(yī)療行業(yè)

在醫(yī)療行業(yè)，它們已被證明在各種設(shè)備中不可或缺，包括： 

• 呼吸機(jī)
  

• 麻醉機(jī)

• 病房氣壓

• 肺活量計(jì)

• 板載壓力傳感器還用于與血液分析、透析、離心以及氧氣和氮?dú)獾葰怏w分配相關(guān)的設(shè)備。

工業(yè)行業(yè)

在工業(yè)環(huán)境中，這些傳感器用于： 

• 通用機(jī)械
  

• 狀態(tài)監(jiān)測 

• IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備

• 工業(yè)4.0

• 機(jī)器人

這些傳感器用于工業(yè)環(huán)境，具有：

• 氣動(dòng)空氣控制
  

• 過程控制

• 泄漏檢測

• 天氣控制系統(tǒng)

• 真空開關(guān)

• 高度計(jì)

• 氣壓計(jì)

選擇傳感器：規(guī)格和特性

在選擇板裝式壓力傳感器之前，了解這些傳感器的一些關(guān)鍵規(guī)格和特性非常重要。 

對(duì)于此類傳感器的規(guī)格，通常包括輸出信號(hào)范圍和電源電壓。此外，必須選擇輸出信號(hào)是比例式 VDC 模擬還是數(shù)字I 2 C或串行外設(shè)接口(SPI)，后者可以直接連接到微處理器或微控制器。 

模擬或數(shù)字也會(huì)影響數(shù)據(jù)值的更新頻率，通常以 kHz 為單位。

至于板載壓力傳感器的基本特性，通常包括： 

• 范圍——傳感器可以準(zhǔn)確檢測的最小和最大壓力
  

• 分辨率 - 必須存在的最小壓力變化，以便輸出信號(hào)反映它 

• 請(qǐng)記住，范圍和分辨率之間存在關(guān)系：范圍越大，可能的分辨率越低，反之亦然。 

除了標(biāo)準(zhǔn)壓力特性外，最好考慮爆破壓力。某些應(yīng)用（包括醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用）可能涉及清潔或衛(wèi)生程序，這可能會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)但顯著的壓力增加。壓力尖峰雖然是瞬時(shí)的，但仍然超過了設(shè)備的超壓限制。

另一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵特性是溫度。由于溫度對(duì)壓力有顯著影響，因此一些（但不是全部）板載壓力傳感器針對(duì)以下因素進(jìn)行了溫度補(bǔ)償： 

• 傳感器偏移

• 靈敏度

• 溫度影響

• 非線性。 

• 這種溫度補(bǔ)償通常是通過使用板載 ASIC 來實(shí)現(xiàn)的。

表示傳感器報(bào)告的壓力值與被測實(shí)際壓力的接近程度的精度也很重要。 

精度報(bào)告為壓力傳感器滿量程 (FS) 或滿量程帶跨度 (FSS) 的百分比。它也可以用總誤差帶 (TEB) 來報(bào)告，它表示傳感器在溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)的精度。

這些傳感器的最后一個(gè)特性涉及它使用的介質(zhì)類型（例如，流體、干燥氣體）以及介質(zhì)是否必須滿足附加要求，例如非腐蝕性或非離子性。

雖然這些只是一些規(guī)格和注意事項(xiàng)，但在選擇選擇哪種壓力傳感器時(shí)需要考慮每一項(xiàng)。