重新认识压力传感器在工业仪器仪表中的作用

2023-12-08 762

著名科学家、两院院士王大珩先生曾经指出:“机器是改造世界的工具,仪器是认识世界的工具”。仪器是工业生产的“倍增器”,

是科学研究的“先行官”,是军事上的“战斗力”,是现代社会活动的“物化法官”。不言而喻,仪器在当今时代推动科学技术和

国民经济的发展具有非常重要的地位。


对于工业应用来说,仪器仪表是所有设备及传输通路的“五官”,是现代化工厂建设最重要的组成部分之一。通过仪器仪表提供的

准确数据,可更及时地知悉工业系统的状态。

那么压力传感器在工业仪器仪表上的技术指标、演进、应用等目前状况如何?我们在此详细分析一下。相信通过这次了解,会使您

对压力传感器在仪器仪表领域的应用有更多一些的理解和认识。


压力传感器在工业仪器仪表行业的发展趋势


压力传感器的发展趋势,最重要的是要满足工业仪器仪表领域不断发展及创新的要求。高精度、小型化、智能化、数据化是仪器仪

表的发展趋势。

伴随着整体工业系统复杂化演进,需要越来越多的仪器仪表具有更高精度,以准确测量和获得到整体系统的各种数据和信息;其次,

受现场位置和重量的限制,产品也越来越要求小型化、微型化;第三,随着物联网、5G技术和其他联网技术的兴起,仪器仪表需要

采集更多的数据和信息,这不仅对总体的采集数量有更多的需求,同样对每个节点来说,采集的数据或信息也要求更加准确和多样。


压力传感器根据工作原理的不同,可分为诸如:金属应变片式压力传感器、半导体应变片式压力传感器、硅压阻式压力传感器、电感

式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等。

其中应用较广泛的是硅电阻式压力传感器,其主要原理是利用硅的压阻效应,将机械构件上感应力的变化转换为电阻量的变化。这种硅

感应片在受力时产的阻值变化通常较小,一般这种硅应变片都制作成惠斯通电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给后端

的处理电路。


如何选择合适的压力传感器

工业仪器仪表种类繁多,每类产品根据具体特性和应用领域不同,对于压力传感器的需求也完全不同。


在选择传感器时,选择一家种类丰富的供应商不失为一种更好的选择,更丰富的产品意味着给客户更多的选择和解决方案。TE Connectivity

作为全球连接器和传感器的领军企业之一,不断为业界提供广泛的产品组合。为工业、测试和测量、汽车、医疗等领域的设备制造压力传感器

和变送器,提供各种材料、输出方式、传感器技术和第三方认证,可满足客户对液体或气体压力测量的多种要求。


TE数百种压力传感器各具特色,可覆盖更多的应用领域,提供从感应元件到系统封装的压力传感器,从板装式压力元件到带有放大输出并完整

封装的变送器。基于半导体微机械加工(MEMS)技术和硅应变计技术,TE的产品能够测量从几英寸水柱(<5mbar)到100K psi (7K bar)的各种压

力。为一般工业应用、医疗、HVACR、非公路车辆/重型设备,高度计/导航系统等应用创造了可靠及高性价比的压力传感器解决方案。



压力传感器如何满足仪器仪表需求


我们以TE不锈钢隔离式压力传感器为例,解读压力传感器如何满足工业仪器仪表发展所需。


TE压力传感器 (2).png

首先从参数上来说,该系列产品量程具有相当丰富类型,从0-1 PSI到数百甚至上万PSI,可涵盖多种液体、气体的压力测量,同时更高的量

程也意味着器件拥有更高的可靠性。


其次,迟滞和重复性达到±0.02%, 热迟滞达到±05%,长期稳定性±01%, 精度可保证在千分之几的范围内,为准确测量带来了可靠保障,避

免因采集端误差影响整个系统的精度。这在半导体行业和精密气体流量计行业有着突出的优势。


第三,更宽的温度补偿范围 (-20℃至85℃)及工作温度范围(-40℃至125℃),由于仪器仪表需要面对复杂的现场环境,在低温和高温下保

持稳定的工作状态,可以确保产品的可靠性以及适应性,即便在寒冷的东北地区或酷热的炼钢现场,传感器都可以正常工作。


第四,支持数字、模拟信号输出方式。模拟传感器和数字传感器在所采用的技术、接口、输出信号等方面迥然不同,因此可根据客户需求选

择。同时在数字接方面,TE也提供了包括SPI、I2C等不同选择模式,甚至是无线传输系统。用户可根据读取和处理信号的系统功能选择。


第五,支持多种连接方式,以满足客户的不同应用需求。虽然TE提供了标准配置方式,但也可以根据用户的特殊要求定制特殊的结构。螺纹

连接可采用公端连和母端连接,并且可设计为锥形密封、O型圈或金属面对面密封。


第六,提供了平膜式设计方案。在特定的医疗、化工、食品加工等仪表中,与介质接触的传感器膜片周边不能存在空腔或缝隙,防止异物残

留。我们的平膜式力传感器可以满足各种严苛的用户应用。


第七,有多种类型的材料供客户选型。TE选用多种材料的压力腔室和接头,以满足不同待测环境,包括17-4PH不锈钢、316L、合金718、合

金C276 和钛合金等。比如17-4PH不锈钢材料就适合液压油、空气(氮气,氧气等)、天然气、氟利昂、油漆、蒸汽、塑料成型、柴油、二氧化碳等大部分气体和

特殊液体应用。而316 L不锈钢则适合氢、氯化水、氨制冷剂、石油产品(原油或成品油)等应用中。


一切以应用为导向,是TE产品开发的宗旨。


 通过覆盖不同量程、不同分辨率、不同封装、不同接口等标准,TE构建了广泛的产品线组合,以满足不同场景应用。


 明星产品解读


 85BSD系列压力传感器是TE乃至业界广泛使用的压力传感器,具有鲜明的产品特色与优势,广泛应用于各种工业仪器和仪表领域。


 85BSD压力传感器


85BSD压力传感器产品是一款外形小巧、介质兼容性好的硅压阻式压力传感器,封装在316L不锈钢壳体中。该款14位数字压力传感器支持I2C

和SPI输出协议,供电电压为 3.3 或 5.0Vdc,可采用焊接式结构或者直接通过螺纹进行过程连接。传感器通过硅油将压力从316L不锈钢隔离膜

片传递到感应元件上。

85BSD压力传感器产品可广泛设计和应用于高性能、低压力量程应用领域。由于采用数字处理技术,TE特别定制了ASIC芯片以实现传感器的温

度补偿和偏差修正,并且可提供 10~90% 量程或 5~95% 量程二种输出方式,以方便不同的客户进行数据采集和处理。


除了通过提供配合仪器仪表的传感器实现工业自动化之外,TE还凭借其强大的系统整合能力,推出多款变送器和无线模块,直接应用于工业自

动化现场中。


M3200系列压力变送器


TE的M3200压力变送器具有模拟或数字输出,适用于测量液体或气体压力,以及污水、蒸汽、轻度腐蚀性液体等特殊介质。M3200压力变送器

的压力腔体由17-4PH 不锈钢材料加工而成。TE专有的微熔技术来源于严苛要求的航空航天应用。该技术利用高温微熔玻璃将微机械加工的压阻

式硅应变片黏贴在不锈钢隔离膜上。该方案在可靠、高效获取介质兼容性的同时,提供非常高的长期稳定性,避免了压力变送器在传统微机械加

工制造工艺过程中出现的P-N结效应现象。该款产品特别适用于中、大批量需求的工业和商业客户。可选的压力量程介于 0-100 至 5,000 PSI之间,支持多种精度选择。提供五种标准模拟

输出信号以及 14位数字压力和 11 位数字温度输出信号,更高的集成度使得客户无需设计额外的接口电路及温度传感器。此外,还可直接提供

4-20 mA输出信号,方便客户接入传统的工业系统。


M5600无线压力传感器


M5600压力传感器是采用微熔技术及模块化无线信号的压力传感器,它采用不锈钢和聚碳酸酯外壳封装结构。这款24位ADC无线数字输出传感器

消除了信号的硬接线,可通过蓝牙4.0技术提供远程过程控制和监控。该系列产品适用于测量液体和气体,以及污水、蒸气和轻度腐蚀液等特殊介质压力端口的隔离材料采用17-4PH或316L不锈钢,且传感器与压力介质接触部分没有密封圈、焊缝或任何有机材料,所以具有优异的耐用性和可靠性。


M5600 压力传感器具有良好的

防风、防雨能力,优于最新的重工业CE标准。该款无线压力传感器特别适和中、大批量 的客户。由于是无线蓝牙连接,用户可直接在手机APP端查看

数据,非常符合未来智能工厂的发展趋势。


TE卓越传感器大家庭

作为工业传感器领域领军企业,除了丰富的压力传感器产品系列之外,TE还提供了更多的传感器品种,涵盖压力、温度、光电、电磁等技术,应用在

包括汽车、工业、医疗、电器、航空航天等诸多领域。


TE产品最大的竞争优势及TE的宗旨,就是通过采用不同的传感器组合,不同的传感器特性,为广大客户不同的应用场景提供最适合的产品,并提供和

支持定制化、模块化的产品和服务。


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