氣動(dòng)應(yīng)用中如何選擇重載壓力傳感器

在氣動(dòng)應(yīng)用中，重載壓力傳感器可用于測(cè)量和控制高壓壓縮空氣和氣體的壓力。氣動(dòng)應(yīng)用的核心是空氣壓縮機(jī)，其作用是提供壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備或工具。在空氣壓縮機(jī)中，壓力傳感器能夠?qū)y(cè)量的壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)換為數(shù)字或模擬電子信號(hào)，可在制造、建筑、化工、氣動(dòng)工具、石油和天然氣、食品飲料行業(yè)以及醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)精確控制。重載應(yīng)用的壓力測(cè)量范圍通常為100至1000 PSI。在工業(yè)空氣壓縮機(jī)中，重載壓力傳感器可用于測(cè)量和控制入口和出口壓力、過(guò)濾器壓降、冷卻水入口和出口壓力以及壓縮機(jī)機(jī)油壓力。傳感器對(duì)于保持壓縮機(jī)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(cè)量?jī)?chǔ)氣罐內(nèi)的氣壓。（如圖1所示）。儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣壓用來(lái)控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉。圖1所示的空氣壓縮機(jī)適用于各類(lèi)工業(yè)應(yīng)用，包括使用PET瓶中的壓縮空氣實(shí)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(dòng)工具。

圖1標(biāo)題：與工業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用壓縮空氣情形一致——儲(chǔ)氣罐壓力下降時(shí)，即觸發(fā)啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)；壓縮機(jī)將持續(xù)運(yùn)行，直至氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)關(guān)閉。

傳感器通常用于兩種壓力測(cè)量：（1）確定輸出到使用設(shè)備的壓縮空氣量是否適當(dāng)；（2）監(jiān)測(cè)氣壓泄漏，用于壓力管路的維護(hù)。為實(shí)現(xiàn)和維持更好的壓縮機(jī)性能，選擇傳感器時(shí)應(yīng)主要依據(jù)可靠性和氣壓測(cè)量精度這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。選擇重載壓力傳感器時(shí)，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(zhǔn)、零點(diǎn)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(shí)間以及客戶(hù)總體應(yīng)用成本。

傳感器的選擇標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿(mǎn)足系統(tǒng)一致性和可靠性的全部需求。為氣動(dòng)空氣壓縮機(jī)應(yīng)用選型時(shí)，設(shè)計(jì)工程師需考慮以下四點(diǎn)：

• 精度和一致性：選擇傳感器時(shí)，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(bǔ)償溫度范圍（如-40℃至125℃）內(nèi)的真實(shí)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(duì)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(fù)性高的空氣壓力讀數(shù)輸出。這種特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于：因?yàn)閭鞲衅鏖g的精度差異極小，因此傳感器的可互換性好；傳感器不必測(cè)試和校準(zhǔn)；有助確保系統(tǒng)精度。以上優(yōu)點(diǎn)對(duì)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(cè)上并沒(méi)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(xiàn)性、遲滯及非重復(fù)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(píng)估不同廠商生產(chǎn)的傳感器。

標(biāo)題：傳感器總誤差范圍包含的所有誤差。

• 可配置性：應(yīng)尋找一種能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)工程師提供多種關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選項(xiàng)的產(chǎn)品平臺(tái)。傳感器選型包括連接器和電纜、壓力接口、壓力類(lèi)型和范圍以及輸出形式等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)選項(xiàng)。這樣，定制設(shè)計(jì)可在現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身應(yīng)用需求配置傳感器，而無(wú)需尋找不同的供應(yīng)商，進(jìn)行供應(yīng)商資格認(rèn)定和樣品測(cè)試。選擇一個(gè)優(yōu)異的產(chǎn)品平臺(tái)表明，設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)選擇標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)自己完成產(chǎn)品的定制設(shè)計(jì)。這種特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)：使設(shè)備成本更低；減少總體設(shè)計(jì)、集成及實(shí)施成本；加速設(shè)備樣機(jī)研制以快速上市。此外，由于供應(yīng)商可重復(fù)利用成熟的技術(shù)、設(shè)計(jì)和工藝，因此降低了潛在的設(shè)計(jì)和采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。

• 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(jí)密封防護(hù)。它們還必須提供EMC電磁兼容保護(hù)，并且要滿(mǎn)足CE指令。此外，基于壓阻式檢測(cè)和ASIC（專(zhuān)用集成電路）信號(hào)調(diào)理技術(shù)的傳感器，能夠與多種惡劣介質(zhì)兼容。對(duì)于傳感器中每種與介質(zhì)直接接觸的材料均需認(rèn)真考慮。例如，帶不銹鋼外殼的傳感器能夠防護(hù)更多的惡劣介質(zhì)。這種特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)：使傳感器可在惡劣環(huán)境中使用。
• 供應(yīng)商質(zhì)量管理與支持：設(shè)計(jì)工程師還必須考慮供應(yīng)商的質(zhì)量管理流程、全球機(jī)構(gòu)分布和設(shè)計(jì)支持能力。供應(yīng)商必須在制造過(guò)程中采用六西格瑪質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而制造出高質(zhì)量和高性能的傳感器。另外一個(gè)需要考慮的因素是供應(yīng)商在用戶(hù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中所能提供的相關(guān)支持。供應(yīng)商是否具有豐富的產(chǎn)品線(xiàn)、設(shè)計(jì)支持以及全球分支機(jī)構(gòu)來(lái)支持客戶(hù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造要求？這種特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)：供應(yīng)商向設(shè)計(jì)工程師保證，傳感器在整個(gè)生命周期內(nèi)都能夠按技術(shù)規(guī)范正常使用，并且樂(lè)意為客戶(hù)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用和制造支持。

重載壓力傳感器選型設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮以下因素：

• 傳感器必須經(jīng)過(guò)完全補(bǔ)償、校準(zhǔn)和信號(hào)放大，以提供即插即用的解決方案。
• 傳感器應(yīng)可以進(jìn)行用戶(hù)校準(zhǔn)，能夠提供各種規(guī)定的電壓輸出，避免更改設(shè)計(jì)導(dǎo)致的昂貴成本。
• 寬泛的補(bǔ)償溫度范圍使傳感器可應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，同時(shí)還可以輸出真實(shí)的壓力測(cè)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(gè)不同部分。
• 提供多個(gè)連接器和壓力接口選項(xiàng)，使傳感器可滿(mǎn)足全球不同設(shè)計(jì)工程師的特殊需求。
• 封裝及小巧體積設(shè)計(jì)使傳感器的安置更加靈活。
• 符合ISO 9001等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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(xiàn)、端口、壓力類(lèi)型、壓力范圍及輸出形式有多種選項(xiàng)供客戶(hù)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(huì)有更多的產(chǎn)品上市。

標(biāo)題：PX2系列重載壓力傳感器從初始階段按可配置性目標(biāo)設(shè)計(jì)，提供成本效益高的解決方案，降低了用戶(hù)設(shè)計(jì)、安裝和應(yīng)用的成本。

基于壓阻式檢測(cè)和ASIC（專(zhuān)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]工作溫度范圍內(nèi)，總誤差范圍為±2%，并且對(duì)傳感器的零點(diǎn)、靈敏度、溫度影響及非線(xiàn)性進(jìn)行了完全校準(zhǔn)和補(bǔ)償。

正如上文所述，設(shè)計(jì)清單可以幫助設(shè)計(jì)工程師選擇合適的傳感器，滿(mǎn)足氣動(dòng)空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用需求，并且不需耗費(fèi)由定制化產(chǎn)品修改導(dǎo)致的時(shí)間和成本。因此，PX2解決方案不僅節(jié)省總體應(yīng)用成本，更具成本效益，而且使產(chǎn)品的集成和應(yīng)用更加簡(jiǎn)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。