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          如何選擇適用于關鍵環境的正確壓力傳感器

          來源: 作者: 發布日期:2020-10-23

                       選擇低差壓換能器(DPT)進行重癥監護通風是機械設計師,工程師和建筑師可以做出的非常重要決定之一。這些傳感器可以對關鍵環境中的隔離室壓力進行精確的監視和污染控制。如果正確選擇和安裝它們,則有助于防止結核。═B)等傳染性疾病的傳播。

           
                      用于保護隔離的正壓,或用于機載傳染性隔離控制的負壓。正壓室的例子包括醫院病房,醫院手術室,醫院藥房,制藥,和半導體制造無塵室,生命科學實驗室和動物糞尿?梢詾楣娞峁┍Wo空間的負壓病房包括有結核病,麻疹水痘或SARS患者的病房和生物安全實驗室。
           
          為什么在關鍵環境中使用低壓差傳感器很重要?
                      低DPT可以準確地測量出臨界房間空間壓力相對于相鄰空間壓力(通常是相鄰走廊或前廳)的非常低的壓差。
          壓差梯度用于防止空氣傳播的感染或污染物從受保護的空間移動到受污染的空間,反之亦然。重癥監護環境的特點是低壓 測量,大約0.1英寸 WC(25 Pa)FS范圍或0.0036 PSI。隨著建筑物中的能源消耗繼續成為一個更重要的因素,正在指定較低的壓差,但這并不以安全為代價。
           
          壓阻式壓力傳感器
                      低DPT通常有三種類型:壓阻應變儀,電容傳感器, 和微機電系統(MEMS)傳感器。壓阻應變儀通常由硅制成,并通過金屬與金屬的結合連接到鋼基底上。施加應變時,會導致單晶膜片發生材料變形。這種變形使惠斯通電橋電路中的電阻能夠檢測壓力并產生與感應壓力成比例的輸出電壓。壓阻式應變儀具有良好的分辨率和帶寬,通常用于對成本敏感的應用。但是,該傳感器存在局限性。它們對溫度變化的高敏感性和漂移趨勢是不利的。然而,主要的問題是,不能將這種類型的傳感器做得足夠大,以至于無法感測到的壓力使隔膜有效變形。盡管隔膜可以做得更薄,但會損害其強度和完整性。使硅膜片更大將使其成本過高。在低壓范圍內使用時,結果是產生噪音并損害了長期穩定性。
           
                      因此,它們更適合高壓范圍。使用多晶硅薄膜,粘結金屬箔,厚膜和濺射薄膜的換能器的工作方式幾乎相同,并且顯示出非常相似的優缺點。幸運的是,其他傳感器技術也可以提供更大的操作優勢。它們更適合高壓范圍。使用多晶硅薄膜,粘結金屬箔,厚膜和濺射薄膜的換能器的工作方式幾乎相同,并且顯示出非常相似的優缺點。幸運的是,其他傳感器技術也可以提供更大的操作優勢。它們更適合高壓范圍。使用多晶硅薄膜,粘結金屬箔,厚膜和濺射薄膜的換能器的工作方式幾乎相同,并且顯示出非常相似的優缺點。幸運的是,其他傳感器技術也可以提供更大的操作優勢。
           
          電容式傳感器
                      基于電容壓力傳感器已成為壓力測量應用中的支柱。與壓阻式壓力傳感器相比,電容式壓力傳感器的主要優點是壓力靈敏度更高,溫度靈敏度更低。其他優點包括設計簡單,不需要外來材料,低功耗,巨大的分辨率和低成本。電容式換能器配置包括一個緊湊的外殼,該外殼包含兩個平行的緊密間隔的電絕緣金屬板。一塊板是隔膜,在施加壓力的情況下能夠輕微彎曲。另一個是絕緣的不銹鋼電極。
           
                      施加到隔膜上的壓差導致隔膜相對于固定電極的位移。靈敏的線性比較器電路可檢測到電容的變化,該電路會放大并輸出成比例的高電平電壓信號。膜片的極小撓度有助于非常小化磁滯和可重復性誤差,同時提供快速響應時間。
           
          MEMS傳感器
                      MEMS傳感器是一種流行的電容選項。MEMS傳感器通過微制造技術將致動器,機械元件和電子設備集成到一個普通的硅基板上。這些傳感器可以非常便宜地大量生產。它們也變得越來越小,其膜片約為0.02in2。
           
                      但是,這種小型化帶來了性能限制,例如不靈敏,不準確和信號漂移。由于MEMS傳感器是由脆性材料制成的,因此無法承受很大的力。那是因為脆性材料可能在高應力下破裂。
           
                      電容式MEMS傳感器的非常大限制是小型化將其壓力敏感性限制在高壓設備上。
           
                      所有壓力傳感器均通過在膜片上施加壓力的作用來工作。然而,在這些應用中的壓力是如此之低,以至于沒有足夠的力來移動壓力感測膜片,除非它足夠大,例如達到6in2。
           
                      不幸的是,它們比這小得多。有些基于硅膜片的電容式傳感器具有出色的機械彈簧性能,但其膜片厚度限制為0.006英寸。另一方面,由不銹鋼制成的膜片可以是其尺寸的1/20倍,從而使其靈敏度更高。MEMS和集成電路(IC)傳感器本質上非常小,并且信號輸出非常有限。增大膜片尺寸只會使硅的成本過高。此外,如果將其輸出信號放大,則噪聲將成為其性能的重要組成部分。這些技術尚未生產出具有足夠信噪比的<1” WC距離傳感器,無法在這些安裝中良好運行。
           
          電容式宏傳感器
                      因此,關鍵應用的非常佳選擇是電容式宏傳感器。該傳感器具有MEMS傳感器的所有優點,但沒有壓力靈敏度限制。
           
                      其非凡之處在于其2英寸直徑的張力金屬膜片。相對較大的隔膜是宏電容感測相對于任何其他低壓感測技術具有優越性能的原因?梢越鉀Q一百萬次。
           
                      隔膜由不銹鋼制成,厚度僅為一張紙的1/10。它具有出色的彈性,可將其移動限制在單張紙的寬度內。
           
                      這意味著該傳感器可以設置為不同的壓力范圍。例如,膜片可配置為0至0.1“ WC的低壓應用時,徑向張力較小,而膜片可配置為0至100” WC的高壓應用時,較高徑向張力。張緊的傳感器應允許非常高2 PSI超壓(取決于范圍),不會損壞設備。另外,組成傳感器的部件應具有匹配的熱系數,從而可以提高溫度性能和出色的長期穩定性。
           
          關鍵性能指標
                      以下是為關鍵應用選擇和購買電容式宏傳感器時要考慮的規格。
           
                      壓力范圍是機械設計師,工程師和建筑師應首先考慮的問題。一旦選擇了壓力范圍,就可以確定所需的精度。精度是實際值與傳感器指示的讀數之間的差。它是通過計算線性度,滯后性和重復性的綜合誤差而獲得的滿量程值的百分比。例如,如果傳感器的精度為±0.5%FS,輸出的精度為±0.1” WC FS,則傳感器將準確地測量壓力
           
                      ±0.001“ WC盡管精度是一個重要的考慮因素,通常是非常好個考慮因素,但應注意的是,除非能夠保持精度,否則精度是微不足道的。電容式傳感器的一大優點是其設計和規格可在極長的時間內保持精度設置。與諸如粘合應變儀之類的傳感器不同,電容式傳感器表現出極低的蠕變,老化效應,濕度效應和其他常見的輸出穩定性問題。因此,請指定一種能提供±0.05至±0.5%FS / Yr的長期穩定性的傳感器。
           
                      另外,請確保選擇具有與能量管理系統兼容的標準輸出水平的傳感器。非常常用的輸出是高電平模擬0至5 VDC,0至10 VDC或2線4至20 mA電流信號。電容式宏傳感器不需要信號放大。結果,它們避免了低電平輸出設備常見的問題,例如壓阻(薄膜和IC)類型。這些問題通常包括長期穩定性差,熱不穩定性,高射頻干擾(RFI)敏感性和濕度影響。
           
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