如何為惡劣環(huán)境選擇重載壓力傳感器

無(wú)論是為暖通空調(diào)系統(tǒng)的泵壓力提供反饋的液壓測(cè)量控制回路的壓力，或是測(cè)量冷卻液流動(dòng)的壓力，重載傳感器均能夠輸出高電平信號(hào)。當(dāng)前，設(shè)計(jì)工程師面臨著設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的控制系統(tǒng)的巨大挑戰(zhàn)。這些系統(tǒng)依賴于比以往的系統(tǒng)提供更多的反饋信號(hào)。因此，設(shè)計(jì)工程師必需考慮滿足高精度、更低總體成本以及便于實(shí)施應(yīng)用等要求的零部件。目前的控制系統(tǒng)多采用壓力開關(guān)來控制。這種開關(guān)圍繞一個(gè)設(shè)置點(diǎn)開閉，其輸出結(jié)果通常在一天結(jié)束時(shí)進(jìn)行審查。這類系統(tǒng)主要用于監(jiān)控。與上述控制系統(tǒng)相比，使用壓力傳感器的系統(tǒng)能夠及時(shí)、精確地測(cè)量出壓力尖峰，從而在危險(xiǎn)發(fā)生或控制系統(tǒng)失效之前發(fā)出警告。傳感器與計(jì)算機(jī)相連能夠測(cè)量出實(shí)際壓力，從而使用戶可以精確地進(jìn)行監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)控制。壓力數(shù)據(jù)一般用于動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)性能、監(jiān)控使用狀態(tài)以及保證系統(tǒng)能效。使用傳感器的系統(tǒng)能夠提供更多、更有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

簡(jiǎn)而言之，重載壓力傳感器是一種具有外殼、金屬壓力接口以及高電平信號(hào)輸出的壓力測(cè)量裝置。許多傳感器配有圓形金屬或塑料外殼，外觀呈筒狀，一端是壓力接口，另一端是電纜或連接器。這類重載壓力傳感器常用于極端溫度及電磁干擾環(huán)境。工業(yè)及交通運(yùn)輸領(lǐng)域的客戶在控制系統(tǒng)中使用壓力傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻液或潤(rùn)滑油等流體的壓力測(cè)量和監(jiān)控。同時(shí)，它還能夠及時(shí)檢測(cè)壓力尖峰反饋，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)阻塞等問題，從而即時(shí)找到解決方案。

控制系統(tǒng)正日趨智能與復(fù)雜，傳感器技術(shù)也必須保持同步發(fā)展，以適應(yīng)應(yīng)用需求。需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和校準(zhǔn)工作的傳感器時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。在傳感器設(shè)計(jì)、實(shí)施至應(yīng)用時(shí)，您再也無(wú)需為傳感器的功能問題而煞費(fèi)心思了。鑒于傳感器是非常重要的壓力測(cè)量裝置，且市面上的傳感器款型多種多樣、質(zhì)量參差不齊，您必須慎重選擇。

可能性方案概覽

列出傳感器采購(gòu)清單之前，查看各種應(yīng)用方案非常重要。需考慮替代方案都有哪些，以及如何滿足自身設(shè)計(jì)的要求和規(guī)格。正如前所述，在過去幾十年里，主要由于設(shè)計(jì)復(fù)雜性的增加，控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化。這些變化包括手動(dòng)系統(tǒng)變?yōu)榛陔娮蛹夹g(shù)的控制系統(tǒng)、多零部件變?yōu)楦叨燃僧a(chǎn)品、更加關(guān)注成本問題。重載應(yīng)用有多種解決方案，重載環(huán)境都有哪些？這里僅列舉一些具體實(shí)例，如具有較大溫度范圍的環(huán)境（如-40 °C至125 °C [-40 °F至257 °F]），有制冷劑、機(jī)油、制動(dòng)液、液壓油等惡劣介質(zhì)以及使用壓縮空氣的環(huán)境。盡管上述溫度范圍及惡劣環(huán)境可能并非最極端環(huán)境，但它們代表了大多數(shù)的交通運(yùn)輸及工業(yè)環(huán)境應(yīng)用情形。

重載壓力傳感器可用于以下領(lǐng)域：

• 用于暖通/制冷空調(diào)應(yīng)用，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能，對(duì)壓縮機(jī)入口和出口壓力、屋頂冷水機(jī)組、制冷間、制冷劑回收系統(tǒng)以及壓縮機(jī)油壓進(jìn)行控制。
• 用于空氣壓縮機(jī)，監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)性能和效率，包括監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)入口和出口壓力、過濾器壓降、冷卻水入口和出口壓力、以及壓縮機(jī)油壓等。
• 用于運(yùn)輸工具應(yīng)用，通過監(jiān)測(cè)氣動(dòng)、輕載液壓、制動(dòng)壓力、機(jī)油壓力、傳動(dòng)裝置、以及卡車/拖車的氣閘等關(guān)鍵系統(tǒng)的壓力、液力、流量及液位來維持重載設(shè)備的性能。

市面上的傳感器款型多種多樣、質(zhì)量參差不齊，因此必須對(duì)備選產(chǎn)品進(jìn)行仔細(xì)研究。具體應(yīng)從可靠性、校準(zhǔn)、零點(diǎn)補(bǔ)償、靈敏度以及總誤差范圍等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析。

圖：在暖通/制冷空調(diào)應(yīng)用中，使用重載傳感器對(duì)壓縮機(jī)入口和出口壓力、屋頂冷水機(jī)組、以及其它回收和壓力系統(tǒng)進(jìn)行控制。

圖片來源：霍尼韋爾傳感與控制部

選型標(biāo)準(zhǔn)

與大部分電子產(chǎn)品一樣，傳感器的選型標(biāo)準(zhǔn)反映了重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求具有穩(wěn)定性的傳感器以保證系統(tǒng)在任何時(shí)間和地點(diǎn)都能夠正常工作。系統(tǒng)的一致性同樣重要，從包裝箱內(nèi)取出的一個(gè)傳感器必須與箱內(nèi)其它任一個(gè)傳感器能夠互換使用，且產(chǎn)品性能必須與預(yù)定性能相同。第三個(gè)需考慮的標(biāo)準(zhǔn)是成本，它是一個(gè)無(wú)處不在的挑戰(zhàn)。由于電子設(shè)備智能化程度和精度日益提升，不得不更新解決方案中的老舊部件。其成本不單單取決于單個(gè)傳感器，而是取決于產(chǎn)品替代所帶來的整個(gè)成本。傳感器替代了哪些產(chǎn)品？替代之前是否要進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)或全補(bǔ)償?shù)炔僮鳎?/p>

為工業(yè)或交通運(yùn)輸應(yīng)用選擇傳感器時(shí)，請(qǐng)考慮以下因素：

1. 可配置性
   使用每種傳感器時(shí)，需考慮裝置是標(biāo)準(zhǔn)化還是定制化產(chǎn)品？定制選項(xiàng)包括連接器、壓力接口、參考?jí)毫︻愋?、量程以及輸出形式等。不論是現(xiàn)貨或是配置型產(chǎn)品，所 選產(chǎn)品是否容易滿足精確設(shè)計(jì)要求且能夠迅速供貨？在你設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，能否快速得到樣品從而使產(chǎn)品上市時(shí)間不被推遲或受到影響？
   
2. 總誤差范圍
   總誤差范圍 (TEB)（如下圖）是一種全面、清晰的重要測(cè)量參數(shù)。它提供了裝置在補(bǔ)償溫度范圍（40 °C至125 °C [-40 °F 至257 °F]）內(nèi)的真實(shí)精度，對(duì)于衡量產(chǎn)品的一致性以及確保產(chǎn)品的互換性非常關(guān)鍵。例如，總誤差范圍為±2%時(shí)，不管溫度是多少只要在既定范圍內(nèi)，也不管壓力是 上升或下降，誤差總處于量程的2%以內(nèi)。
   

   
   圖：總誤差范圍的誤差組成

   圖片來源：霍尼韋爾傳感與控制部

   通常，制造商并不會(huì)在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)上列出總誤差范圍，而是單獨(dú)列出各種誤差。各類誤差相加時(shí)（即總誤差范圍），總誤差范圍就會(huì)非常大。因此，總誤差范圍可作為選擇傳感器的重要選擇依據(jù)。

3. 質(zhì)量和性能
   產(chǎn)品符合哪些性能標(biāo)準(zhǔn)？許多情況下，傳感器都是依據(jù)一或兩西格瑪公差制造的。但如果產(chǎn)品制造符合六西格瑪標(biāo)準(zhǔn)，其將具有高質(zhì)量、高性能以及一致性好等優(yōu)點(diǎn)，從而可被視為性能符合產(chǎn)品技術(shù)說明。
   
4. 其它考慮因素
   
   選擇重載傳感器時(shí)，還應(yīng)考慮以下因素：

• 傳感器必須經(jīng)過補(bǔ)償、校準(zhǔn)、放大，并且必須是成品——無(wú)需加配其它資源即可適應(yīng)應(yīng)用要求。
• 自定義校準(zhǔn)，或結(jié)合自定義輸出的自定義校準(zhǔn)，應(yīng)能夠輸出各種規(guī)定電壓，在不更改設(shè)計(jì)的情況下即可滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
• 產(chǎn)品符合CE指令，滿足IP防護(hù)等級(jí)要求，具有長(zhǎng)的平均失效時(shí)間，符合電磁兼容性要求，即便在惡劣環(huán)境中也具有較高的耐用性。
• 寬泛的補(bǔ)償溫度范圍使同一裝置可應(yīng)用在系統(tǒng)各個(gè)部分，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
• 多種連接器和壓力接口使傳感器能夠滿足各種應(yīng)用需求。
• 體積小，使傳感器在安置時(shí)更加靈活
• 傳感器應(yīng)滿足ISO 9001等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
• 需考慮傳感器的總體成本，包括集成、配置及實(shí)施成本。

另一個(gè)需考慮的主要因素是設(shè)計(jì)和應(yīng)用支持。在設(shè)計(jì)、開發(fā)、試驗(yàn)及生產(chǎn)階段，是否有人能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)工程師解答重要問題？供應(yīng)商是否具有足夠的全球分支機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品和支持來協(xié)助客戶的設(shè)計(jì)直至全球化制造？

霍尼韋爾PX2系列重載壓力傳感器是一款可配置性高的新型壓力傳感器，其應(yīng)用領(lǐng)域包括暖通空調(diào)、制冷、工業(yè)及運(yùn)輸應(yīng)用等。它結(jié)合壓阻式檢測(cè)和ASIC（專用集成電路）信號(hào)調(diào)理技術(shù)，即使在嚴(yán)苛環(huán)境下也能提供可靠性能。該傳感器在-40℃至125℃[-40 F至257F]的工作溫度范圍內(nèi)的總誤差范圍為±2%，并且其零點(diǎn)、靈敏度、溫度影響及非線性進(jìn)行了完全校準(zhǔn)和補(bǔ)償。

設(shè)計(jì)工程師通過使用完整的選型清單來選擇重載壓力傳感器，能夠根據(jù)真實(shí)、可檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)做出迅速健全的決策。目前的傳感器精度水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過幾年前的產(chǎn)品，因此設(shè)計(jì)工程師能夠快速選出不需更改即可使用的產(chǎn)品已顯得尤為重要。

作者信息

Ketan Mehta是霍尼韋爾傳感與控制部資深全球產(chǎn)品經(jīng)理，可發(fā)送郵件至ketan.mehta@honeywell.com或Jackie.dong@honeywell.com聯(lián)系。