MEMS壓力傳感器該如何選型？智芯傳感告訴您（一）

     近期，新加坡的產(chǎn)品研究和咨詢公司Twimbit公布了一份調(diào)研報(bào)告，預(yù)測(cè)和分析了2020-2023年，全球市場(chǎng)中15種市場(chǎng)規(guī)模最大的傳感器，這些傳感器是從上百種主要傳感器類別中篩選出來(lái)的。這15種傳感器合計(jì)占2020年全球總份額的79.88%，如下圖：

     在15種市場(chǎng)規(guī)模最大的傳感器中，壓力傳感器排名第六，2020年的全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到91.69億美元，到2023年預(yù)計(jì)增加到110億美元銷售額，復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.3%。壓力傳感器用途極其廣泛，有多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子、汽車、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、天然氣、化工、礦業(yè)、電力、樓宇自動(dòng)化、暖通空調(diào)、食品加工、制****、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測(cè)等等。

     那么，面對(duì)種類繁雜、型號(hào)眾多的壓力傳感器，我們應(yīng)該如何選擇一款合適的傳感器呢？這就涉及到了傳感器的選用原則，即以最合適的價(jià)格選擇滿足其用途、壓力量程、精度需求、溫度范圍、電學(xué)要求、作業(yè)方式、壓力密封要求等指標(biāo)的壓力傳感器，當(dāng)壓力傳感器安裝到設(shè)備上之后，要運(yùn)行正常穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確，經(jīng)久耐用。我們將分兩個(gè)章節(jié)來(lái)介紹壓力傳感器選型必須考慮的重要方面。

     壓力傳感器又分為傳統(tǒng)壓力傳感器與MEMS壓力傳感器，在實(shí)際應(yīng)用中，MEMS壓力傳感器以其體積小、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)逐漸替換了傳統(tǒng)壓力傳感器。因此本文主要針對(duì)MEMS壓力傳感器進(jìn)行介紹。

用途方面的考量

     由于結(jié)構(gòu)不同，壓力傳感器可以分為測(cè)定絕對(duì)壓力的絕壓傳感器、測(cè)定對(duì)大氣的相對(duì)壓力的表壓傳感器和測(cè)定兩處壓力差的差壓傳感器。

     測(cè)定絕對(duì)壓力（即絕壓傳感器）時(shí)，傳感器內(nèi)自身帶有真空參考?jí)?，所測(cè)壓力與大氣壓力無(wú)關(guān)，是相對(duì)于真空的壓力。

     對(duì)大氣的相對(duì)壓力是以大氣壓力為參考?jí)?，因此傳感器彈性膜一?cè)始終與大氣是連通的。由于大氣壓力與離地面的高度、四季中大氣中水汽含量的變化以及不同地點(diǎn)和組成大氣的各種氣體的含量的變化有關(guān)。因此，所測(cè)得的相對(duì)壓力便與上述因素有關(guān)。

     此外，還可從傳感器彈性膜兩側(cè)分別導(dǎo)入流體壓力，這樣能測(cè)定流體不同地點(diǎn)或流體間的差壓。

     所以，針對(duì)不同用途應(yīng)選用不同結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。

壓力量程方面的考量

     壓力傳感器的壓力適用范圍是分級(jí)的，這是因?yàn)閴毫鞲衅鞯膹椥阅こ惺芰黧w壓力有一個(gè)限度。這就是通常所說(shuō)地耐壓極限，超過(guò)此極限，彈性膜便破裂了。傳感器都有不同過(guò)壓能力，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)傳感器都有20%~300%的過(guò)壓能力。

     壓力量程的選用應(yīng)主要考慮三個(gè)方面的因素：傳感器的最大過(guò)壓能力、精度與壓力量程的關(guān)系以及傳感器的價(jià)格與壓力量程的關(guān)系。

量程的選用在考慮最大過(guò)壓能力時(shí)，要特別注意靜壓和動(dòng)壓的區(qū)別。因?yàn)?，?dòng)壓往往會(huì)出現(xiàn)沖擊壓力，甚至沖擊波，而沖擊壓力遠(yuǎn)高于靜壓力，如果選用的最大工作壓力量程是指靜壓力的話，傳感器在承受動(dòng)壓力時(shí)，應(yīng)選用較大的過(guò)壓能力，否則沖擊壓力很容易達(dá)到極限耐壓，使壓力傳感器受到破壞。

量程的選用我們還要注意精度和量程的關(guān)系，一般情況下不同量程的壓力傳感器其精度存在差異，在選型時(shí)選擇合適的量程更容易滿足精度上的要求。

對(duì)于價(jià)格與量程的關(guān)系，通常來(lái)說(shuō)，0.3~1MPa的壓力傳感器的價(jià)格較便宜，0.1MPa以下或1MPa以上的壓力傳感器價(jià)格比較貴。

精度需求的考量

     精確度，是傳感器行業(yè)內(nèi)通俗用來(lái)描述傳感器輸出誤差常用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。它來(lái)源于非線性，遲滯，不可重復(fù)性，溫度，零點(diǎn)平衡，校正和濕度效應(yīng)。通常下我們將精確度指定為非線性，遲滯和不可重復(fù)性的綜合影響。

     靜態(tài)精度是指某一特定溫度（室溫25℃）下應(yīng)達(dá)到的精度?？梢苑譃樗臋n：0.01~0.1%FS為超高精度；0.1~1%FS為高精度；1~2%FS為普通精度；2~10%FS為低精度。全溫度范圍精度是指壓力傳感器在整個(gè)使用溫度范圍內(nèi)都應(yīng)達(dá)到的精度，同樣可以分為與靜態(tài)精度相同的四檔。

     壓力傳感器的熱零點(diǎn)漂移和熱靈敏度漂移系數(shù)及非線性誤差是影響傳感器精度的重要指標(biāo)。對(duì)同一壓力傳感器來(lái)說(shuō)，熱零點(diǎn)漂移系數(shù)隨工作壓力增加而減小，而熱靈敏度系數(shù)和非線性誤差隨工作壓力增加而增加。

     一般來(lái)說(shuō)，擁有更高精確度的傳感器成本會(huì)更高，但是壓力傳感器達(dá)到高精度時(shí)，必然在制作過(guò)程中增添了許多附加工藝以及?；催^(guò)程和補(bǔ)償技術(shù)。因此應(yīng)根據(jù)壓力傳感器實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合和要求，提出合理的精度要求。

     壓力傳感器的選型還有電學(xué)要求、作業(yè)方式（介質(zhì)）、工作溫度范圍和壓力密封要求等考量因素，我們將在下一篇文章中著重介紹。

北京智芯傳感科技有限公司自主研發(fā)、生產(chǎn)標(biāo)定的多種MEMS壓力傳感器，在用途方面涵蓋了絕壓、表壓、差壓等多種結(jié)構(gòu)；在壓力量程方面，包含多種量程范圍，如300~1200hPa，10~115KPa，50~400KPa，0~4MPa，并實(shí)現(xiàn)量程范圍可定制；在精度方面，智芯傳感自主研發(fā)的專用調(diào)理電路支持對(duì)傳感器的零點(diǎn)、靈敏度的二階溫度漂移校準(zhǔn)以及最高三階的非線性校準(zhǔn)，最高校準(zhǔn)精度可以達(dá)到0.1%，且大部分型號(hào)的壓力傳感器精度全量程可保證在±1%FS以內(nèi)，在國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先水平。