如何選擇差壓變送器

系統制造商正在提供有史以來(lái)節能的汽車(chē)、飛機、汽輪機和燃氣發(fā)動(dòng)機以及相關(guān)部件。這在很大程度上是因為制造商對這些產(chǎn)品日益增長(cháng)的嚴格

測試和測量要求。差壓傳感器是要求高可靠性，可重復性和高精度的應用工藝中的一部分。

差壓傳感器通常被用于試驗臺、風(fēng)洞、泄漏檢測系統和其他應用中。每種應用的工程師都在尋求對他們所在行業(yè)十分重要的傳感器改進(jìn)。

當今差壓傳感器的性能已經(jīng)提高到可為嚴苛應用提供解決方案。本文說(shuō)明了如何在關(guān)鍵壓力應用中使用差壓傳感器，差壓傳感器的兩個(gè)性能特性，以及這兩個(gè)參數的重要意義。

1.微壓差傳感器應用

差壓傳感器通常被用于試驗臺、風(fēng)洞、泄漏檢測系統和其他應用中。每種應用的工程師都在尋求對他們所在行業(yè)十分重要的傳感器改進(jìn)。例如，設計和使用試驗臺的工程師希望測量?jì)x器具有非常高的精度，因為計算系統性能需要精確的空氣流量測量，試驗臺可能會(huì )使用微壓傳感器來(lái)測量進(jìn)入柴油發(fā)動(dòng)機的燃氣流量，從而確定性能，或者測量非公路車(chē)輛發(fā)動(dòng)機的效率。

另一方面，風(fēng)洞工程師對具有高精度和快速響應時(shí)間的傳感器非常感興趣。低速風(fēng)洞應用需要測量不斷變化的氣流速度。因此，傳感器可能會(huì )用于計算飛機的風(fēng)速，測量空氣如何流過(guò)汽車(chē)，或者幫助確定風(fēng)力渦輪機葉片的最佳曲率和間距。這些應用依靠差壓傳感器與皮托管共同使用，來(lái)進(jìn)行精確可靠的局部氣流速度測量。

相反，基于差壓降低測量的泄漏檢測系統的工程師更重視過(guò)壓保護，因為施加高壓時(shí)很容易發(fā)生意外過(guò)載。這些泄漏檢測系統使用差壓傳感器來(lái)計算泄漏速率(基于壓力降低)，從而確定小容積部件的密封完整性。例如，可以對燃氣發(fā)動(dòng)機進(jìn)行測試來(lái)確定其密封件是否氣密，監測正在使用的高壓過(guò)程管道來(lái)檢測泄漏，或者單獨密封機加工鑄件的各個(gè)通道，并按照90 PSIG下3 sec/m的測試規范進(jìn)行檢查。施加的靜態(tài)管路壓力越高，可分辨的壓差越小，則可檢測的泄漏速率就越低（見(jiàn)下圖）

2.精度

輸出讀數極其精確，小于等于+0.07% FS RSS(滿(mǎn)量程，方和根法)，因為電容傳感器降低了噪聲影響并且使用了數字線(xiàn)性化處理。這些傳感器使用頻率信號輸出替代了模擬信號，20-40MHz的頻率范圍可減少進(jìn)入電路的傳導噪聲。這些高頻信號易干被精確測量，并且已經(jīng)為通過(guò)數字信號處理進(jìn)行調節做好“數字化準備"。壓力傳感器的精度一般通過(guò)方和根(RSS)法量化:

當這三個(gè)誤差值盡可能小時(shí)，可以獲得更高的精度(更低的%FS)。精度計算的三個(gè)特性如冬4-6所示。非重復性和滯后是感測元件設計的固有特性，在制造過(guò)程中難以補償。通常這些值是傳感器質(zhì)量和穩定性的基本指 標。在校準過(guò)程中可以補償的特性是非線(xiàn)性。計算非線(xiàn)性的最佳擬合直線(xiàn)(BFSL或BSL)方法通過(guò)實(shí)際曲線(xiàn)擬合一條直線(xiàn)，以便最大限度降低實(shí)際曲線(xiàn)與直線(xiàn) 之間的相對誤差。這種情況下，曲線(xiàn)的終點(diǎn)與最佳擬合直線(xiàn)間沒(méi)有關(guān)聯(lián)。

計算非線(xiàn)性的最佳擬合直線(xiàn)(BFSL或BSL)方法通過(guò)實(shí)際曲線(xiàn)擬合一條直線(xiàn)，以便最大限度降低實(shí)際曲線(xiàn)與直線(xiàn)之間的相對誤差。這種情況下，曲線(xiàn)的終點(diǎn)與最佳擬合直線(xiàn)沒(méi)有關(guān)聯(lián)。

計算非線(xiàn)性的更精確和更嚴格的方法是終點(diǎn)法(圖6)，該方法測量在繪制連接終點(diǎn)PO(零差壓)到PFS(滿(mǎn)量程)的直線(xiàn)時(shí)的非線(xiàn)性。這種情況下，對零點(diǎn)偏移，或者量程進(jìn)行校準調整后，可以保持終點(diǎn)精度。測量非線(xiàn)性的不同方法會(huì )影響RSS傳感器精度的報告方式。例如，采用終點(diǎn)法具有士0.03%非線(xiàn)性的傳感器，使用最佳擬合直線(xiàn)法時(shí)非線(xiàn)性可能為士0.015%。BSFL方法的非線(xiàn)性數值更低，但是這并不會(huì )提高精度。

在制造過(guò)程中，傳感器會(huì )進(jìn)行全數字化處理來(lái)線(xiàn)性化輸出信號。數字信號線(xiàn)性化相比模擬信號線(xiàn)性化更加精確，因而可實(shí)現監控過(guò)程狀態(tài)的實(shí)時(shí)，精確、可靠的數據。此外，數字化處理可提供比模擬處理更高的抗電子噪聲干擾性。另一個(gè)顯著(zhù)的傳感器改進(jìn)是總誤差。由于較新的傳感器都經(jīng)過(guò)熱特性測量，它們被更好地熱補償，這可提高總誤差帶?？傉`差帶通常包括零點(diǎn)和量程偏移的最大不確定性誤差、零點(diǎn)和量程漂移、滯后、非線(xiàn)性和非重復性(見(jiàn)圖8)?？傉`差是真值最大正偏差與最大負偏差之間的差值。它通過(guò)檢查傳感器在壓力測量限值和工作溫度范圍內的所有可能誤差來(lái)確定?？傉`差值被用于確定傳感器在其補償溫度范圍內的最差性能。

傳感器在其校準溫度范圍(如-20到+60℃)內被特性化。在該過(guò)程中，通過(guò)記錄在自動(dòng)制造過(guò)程中不同溫度時(shí)的零點(diǎn)偏移和量程，收集制造過(guò)程的數據。采用非 線(xiàn)性曲線(xiàn)擬合算法來(lái)特性化傳感器的表現。通過(guò)該過(guò)程，補償數據加載到各個(gè)傳感器中，以便有效地補償熱環(huán)境影響。獲得在寬溫度補償范圍內小 于+0.5%滿(mǎn)量程的總誤差結果。

在所有環(huán)境影響因素種，溫度對信號輸出的影響最大。因此，不要忽視選擇具有低熱誤差的壓力傳感器的重要性，這樣可以實(shí)現工作溫度范圍內的最佳性能。