压力传感器性能参数及原理应用

压力传感器性能参数及原理应用

 性能参数

压力传感器的种类繁多，其性能也有较大的差异，如何选择较为适用的传感器，做到经济、合理的使用。

1. 额定压力范围

额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。

2. 最大压力范围

最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为提高线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2－3倍。

3. 损坏压力

损坏压力是指能够加在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。

4. 线性度

线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。

5.压力迟滞

为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。

6.温度范围

压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。

技术参数 （量程15MPa-200MPa）

参数 单位 技术指标 参数 单位 技术指标

灵敏度 mV/V 1.0±0.05 灵敏度温度系数 ≤%F·S/10℃ ±0.03

非线性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 工作温度范围 ℃ -20℃～+80℃

滞后 ≤%F·S ±0.02～±0.03 输入电阻 Ω 400±10Ω

重复性 ≤%F·S ±0.02～±0.03 输出电阻 Ω 350±5Ω

蠕变 ≤%F·S/30min ±0.02 安全过载 ≤%F·S 150% F·S

零点输出 ≤%F·S ±2 绝缘电阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)

零点温度系数 ≤%F·S/10℃ ±0.03 推荐激励电压 V 10V-15V

适用范围

     用于对人体有创血压如动脉压、中心静脉压、肺动脉压、左冠状动脉压多种压力进行监测，直接获得血压这一生理参数，为临床对疾病的诊断、治疗和愈后估计提供客观依据。

结构规格

     选用医用级聚碳酸脂、聚氯乙烯作为传感器主体及测压连接管的材料。

包装规格为CH-DPT-248、CH-DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ。

安装程序

1） 连接压力传感器系统前打开监护仪。

2） 采用消毒措施打开包装，确认所有的接口安全密封以及三通阀等辅件工作状态良好。

注意：连接接头时，不要拧得太紧。

3） 旋塞阀的所有通口都应盖有孔的保护帽，直到传感器系统内注满肝素生理盐水溶液和排尽气泡后，才更换成无孔的保护帽。

4） 把压力传感器连接到监护仪上，按照监护仪说明把监护仪调零。

注意：a）如无法调零，请更换传感器重新调零；如果调零不成功，请检查电缆连线、监护仪等是否正常。b）在安装DPT-248Ⅱ、CH-DPT-248Ⅲ传感器时，要用颜色编码来鉴别血压类型：红色---动脉压；蓝色---中心静脉压；黄色---肺动脉压；绿色---左冠状动脉压；白色---其他。

5） 用肝素生理盐水冲洗管路，并排尽管路中的空气。

注意：管路不得有气泡残留。

6） 待所有管路中填充肝素生理盐水后，将传感器系统连接到人体。

性能注意

药液填充

1） 遵照医师说明，在一个密闭的输液袋中准备肝素生理盐水（通常是0.9%的生理盐水加一定体积的水成肝磷脂）。

2） 打开已消毒好的传感器包，核实所有的接头均是安全的且所有的三通阀旋纽均是在所期望的位置。

3） 将输液器插头插入输液袋中，打开流量调节器（滚动止流夹），轻轻挤压输液袋，同时挤压传感器冲洗阀，直到将所有空气都排出输液器及所有管路。

4） 关闭流量调节器（滚动止流夹），将输液器放入压力护套中并悬挂在距离病人约2英尺高的挂杆上。

注意：此时不要给输液袋加压。

5） 仔细检查系统中所有充入液体的部分，确认所有的气泡均已被排出。

6） 将输液袋加压到300mmHg，如果仍有气泡残留在系统中，挤压冲洗阀除去系统中所有的空气。

7） 将系统中三通阀的所有未使用的通道上的保护帽全部换成无孔保护帽。

8） 将传感器系统连接到病人身上，再次冲洗系统以便除去管路中的血液。

为避免冲洗时气泡或管路中的血液凝血回到患者，要确保管路中冲入液体并且允许少量血液通过导管回流的现象。

调零校准

1） 建议将压力传感器及其三通阀置于腋中线水平，这个三通是用来通气和传感器调零的。

2） 核准三通阀上的保护帽为有孔的，将传感器与监护仪连接起来，并按照监护仪说明，将传感器在大气条件下调零。

3） 监护仪调零后，关闭三通阀与空气连通口，并盖上无孔保护帽。 4） 用方波检测系统的动力反应。动力反应测试应在冲洗管路、排尽气泡并与患者相连接调零和校准等一系列操作后实施。

注意：系统需要大约一分钟的平衡过程，然后施行小滴量检查冲洗阀是否良好，用肉眼观察是否有泄露。安装30分钟后要定期检查，确保输液袋压力正常、流量正常并无泄露。因任何小的泄露可能导致监护仪读数错误。

5）系统调零校准正常后，按需要进行动态监测。

使用禁忌

对已知出血性疾病者应特别注意。

连续使用不得超过7天。

防腐技巧

     压力传感器被应用于各行各业，尤其是工业上应用非常多的压力传感器，但是工业上一般要求压力传感器能够防腐蚀，压力传感器接头和腔体采用进口不锈钢整体加工，作为压力变送器弹体的不锈钢材料耐蚀性高、衰减性能好，可以监测任何与316L相兼容的介质。下面我们还来介绍一下压力传感器的防腐技巧。
　　首先，了解被测介质是否与316L相兼容：316，317L合金在100小时5%盐雾测试中，都没有出现腐蚀。其次，在选购传感器产品时，向供应商咨询介质对压力传感器是否有影响；通过对弹体耐腐蚀材料的选择，以便达到用户使用的需求。最后，我们可以采用隔离办法：压力变送器前有钼2钛和钽片，膜片与弹道管之间用甲基硅油传送压力，最小量程可做到0～100kPa，如果膜片材料还不耐腐，则可加一层F46膜片，但仪表灵敏度有所降低。也可直接用F46作隔离膜片，传递液可选用氟油，则可起双重隔离作用。 
　　压力传感器在使用过程中一旦发现其不能与介质兼容就必须马上更换传感器，对应一些特殊的介质我们可以采用特殊的材质或者特殊的结构来进行测量，压力传感器未来肯定会得到更加广泛的应用，所以作为厂家我们要积极开发新型压力传感器来适应需要。

趋势

1.主要垂直行业，包括石油和天然气、汽车和医疗保健的技术进步导致了多种应用程序以及压力传感器功能的演变。

2.汽车领域是压力传感器的最重要的用户之一，汽车生产的激增导致对压力传感器和相关组件的需求不断增加。

3.机动车安全已成为整个汽车行业的重要方面，围绕此项特性的严格的政府法规有助于促进汽车行业压力传感器的需求增长。

4.基于微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)的技术一直以来广受大众欢迎，采用量大增，导致压力传感器市场的增长。

5.消费电子压力传感器使用量大大增加，成为整个市场发展最快的应用领域。

6.终端使用行业如汽车和医疗保健市场趋于成熟成为阻碍北美和欧洲压力传感器市场的一大挑战。

7.在亚洲国家，如中国、日本、印度和韩国快速的工业化和机动车生产都可以归结为亚太压力传感器市场的发展。

8.亚太和中东地区的智能城市基础设施的发展持有巨大的未来增长潜力。

9.消费者购买压力传感器对其安装和更换不断飙升的成本心存忧虑，可能会影响压力传感器市场。

10.在过去的几年中，压力传感器市场取得了迅速进展，对竞争格局产生了积极影响，为市场引入了新的参与者并扩大了市场现有参与者的范围。  

原则

    现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感

器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。

在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。

2、灵敏度的选择

    通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。

    传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

3、频率响应特性

    传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。

在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。

4、线性范围

    传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

5、稳定性

    传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。

    在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。

6、精度

     精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

    如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

    对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

原理应用

种类

    力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

认识

   在了解压阻式压力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。