氣動應用中如何選擇重載壓力傳感器

在氣動應用中，重載壓力傳感器可用于測量和控制高壓壓縮空氣和氣體的壓力。氣動應用的核心是空氣壓縮機，其作用是提供壓縮空氣驅(qū)動氣動設備或工具。在空氣壓縮機中，壓力傳感器能夠?qū)y量的壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)換為數(shù)字或模擬電子信號，可在制造、建筑、化工、氣動工具、石油和天然氣、食品飲料行業(yè)以及醫(yī)療設備應用中實現(xiàn)精確控制。重載應用的壓力測量范圍通常為100至1000 PSI。在工業(yè)空氣壓縮機中，重載壓力傳感器可用于測量和控制入口和出口壓力、過濾器壓降、冷卻水入口和出口壓力以及壓縮機機油壓力。傳感器對于保持壓縮機的性能和效率起著關(guān)鍵作用。例如，霍尼韋爾PX2壓力傳感器能夠測量儲氣罐內(nèi)的氣壓。（如圖1所示）。儲氣罐內(nèi)氣壓用來控制壓縮機的啟動和關(guān)閉。圖1所示的空氣壓縮機適用于各類工業(yè)應用，包括使用PET瓶中的壓縮空氣實現(xiàn)塑料瓶的吹塑成型，以及操作氣錘、氣釘槍和手提鉆等氣動工具。

圖1標題：與工業(yè)系統(tǒng)應用壓縮空氣情形一致——儲氣罐壓力下降時，即觸發(fā)啟動空氣壓縮機；壓縮機將持續(xù)運行，直至氣壓達到預設值時關(guān)閉。

傳感器通常用于兩種壓力測量：（1）確定輸出到使用設備的壓縮空氣量是否適當；（2）監(jiān)測氣壓泄漏，用于壓力管路的維護。為實現(xiàn)和維持更好的壓縮機性能，選擇傳感器時應主要依據(jù)可靠性和氣壓測量精度這兩個標準。選擇重載壓力傳感器時，需考慮許多關(guān)鍵性能技術(shù)參數(shù)，包括總誤差范圍 (TEB)、可配置性及耐用性。此外，還需考慮其它一些重要參數(shù)，包括校準、零點輸出以及寬壓力范圍等。以上所有因素均能影響產(chǎn)品性能、上市時間以及客戶總體應用成本。

傳感器的選擇標準應滿足系統(tǒng)一致性和可靠性的全部需求。為氣動空氣壓縮機應用選型時，設計工程師需考慮以下四點：

• 精度和一致性：選擇傳感器時，總誤差范圍是最為重要的技術(shù)參數(shù)。總誤差范圍包含了傳感器所有可能誤差，表明了裝置在補償溫度范圍（如-40℃至125℃）內(nèi)的真實精度。例如，±2%的總誤差范圍表示在工作溫度范圍內(nèi)，不管壓力是上升或下降，傳感器誤差不大于量程的2%。了解總誤差范圍對于確保傳感器能夠在壓力范圍及工作溫度范圍內(nèi)的精確使用至關(guān)重要，這樣才能夠提供一致性好、可靠性和可重復性高的空氣壓力讀數(shù)輸出。這種特點的優(yōu)勢在于：因為傳感器間的精度差異極小，因此傳感器的可互換性好；傳感器不必測試和校準；有助確保系統(tǒng)精度。以上優(yōu)點對于終端產(chǎn)品的質(zhì)量控制非常關(guān)鍵。
  
  需特別指出的是，一些傳感器生產(chǎn)商在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊上并沒有提供總誤差范圍。在許多情況下，他們僅提供精度誤差（壓力非線性、遲滯及非重復性），這些精度誤差只是總誤差范圍的一部分（如圖2所示）。因此很難比較和評估不同廠商生產(chǎn)的傳感器。

標題：傳感器總誤差范圍包含的所有誤差。

• 可配置性：應尋找一種能夠為設計工程師提供多種關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選項的產(chǎn)品平臺。傳感器選型包括連接器和電纜、壓力接口、壓力類型和范圍以及輸出形式等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選項。這樣，定制設計可在現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身應用需求配置傳感器，而無需尋找不同的供應商，進行供應商資格認定和樣品測試。選擇一個優(yōu)異的產(chǎn)品平臺表明，設計工程師可以通過選擇標準選項自己完成產(chǎn)品的定制設計。這種特點的優(yōu)勢：使設備成本更低；減少總體設計、集成及實施成本；加速設備樣機研制以快速上市。此外，由于供應商可重復利用成熟的技術(shù)、設計和工藝，因此降低了潛在的設計和采購風險。

• 耐用性：傳感器必須具有廣泛的惡劣介質(zhì)兼容性、寬泛的工作溫度范圍（-40℃至125℃）以及IP69等級密封防護。它們還必須提供EMC電磁兼容保護，并且要滿足CE指令。此外，基于壓阻式檢測和ASIC（專用集成電路）信號調(diào)理技術(shù)的傳感器，能夠與多種惡劣介質(zhì)兼容。對于傳感器中每種與介質(zhì)直接接觸的材料均需認真考慮。例如，帶不銹鋼外殼的傳感器能夠防護更多的惡劣介質(zhì)。這種特點的優(yōu)勢：使傳感器可在惡劣環(huán)境中使用。
• 供應商質(zhì)量管理與支持：設計工程師還必須考慮供應商的質(zhì)量管理流程、全球機構(gòu)分布和設計支持能力。供應商必須在制造過程中采用六西格瑪質(zhì)量標準，從而制造出高質(zhì)量和高性能的傳感器。另外一個需要考慮的因素是供應商在用戶產(chǎn)品設計及制造過程中所能提供的相關(guān)支持。供應商是否具有豐富的產(chǎn)品線、設計支持以及全球分支機構(gòu)來支持客戶的產(chǎn)品設計和制造要求？這種特點的優(yōu)勢：供應商向設計工程師保證，傳感器在整個生命周期內(nèi)都能夠按技術(shù)規(guī)范正常使用，并且樂意為客戶提供產(chǎn)品設計、應用和制造支持。

重載壓力傳感器選型設計時，還應考慮以下因素：

• 傳感器必須經(jīng)過完全補償、校準和信號放大，以提供即插即用的解決方案。
• 傳感器應可以進行用戶校準，能夠提供各種規(guī)定的電壓輸出，避免更改設計導致的昂貴成本。
• 寬泛的補償溫度范圍使傳感器可應用于系統(tǒng)設計的整個過程，同時還可以輸出真實的壓力測量讀數(shù)。
• 寬壓力范圍（100至1000 psi），使傳感器可用于系統(tǒng)的多個不同部分。
• 提供多個連接器和壓力接口選項，使傳感器可滿足全球不同設計工程師的特殊需求。
• 封裝及小巧體積設計使傳感器的安置更加靈活。
• 符合ISO 9001等工業(yè)標準。

例如，霍尼韋爾PX2系列壓力傳感器就是這樣一種可配置性高的產(chǎn)品，連接器和布線、端口、壓力類型、壓力范圍及輸出形式有多種選項供客戶選擇。目前，PX2系列能夠提供20,000多種可能的組合產(chǎn)品，還會有更多的產(chǎn)品上市。

標題：PX2系列重載壓力傳感器從初始階段按可配置性目標設計，提供成本效益高的解決方案，降低了用戶設計、安裝和應用的成本。

基于壓阻式檢測和ASIC（專用集成電路）信號調(diào)理技術(shù)，即使在嚴苛環(huán)境下也能提供可靠性能。該傳感器在-40℃至125℃[-40 F至257F]工作溫度范圍內(nèi)，總誤差范圍為±2%，并且對傳感器的零點、靈敏度、溫度影響及非線性進行了完全校準和補償。

正如上文所述，設計清單可以幫助設計工程師選擇合適的傳感器，滿足氣動空氣壓縮機的應用需求，并且不需耗費由定制化產(chǎn)品修改導致的時間和成本。因此，PX2解決方案不僅節(jié)省總體應用成本，更具成本效益，而且使產(chǎn)品的集成和應用更加簡單。

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。