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在恶劣环境中选择重载压力传感器的方法 |
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作者：霍尼韦尔传感与控制部 Ketan Mehta |
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无论是为暖通空调系统的泵压力提供反馈的液压测量控制回路的压力，或是测量冷却液流动的压力，重载传感器均能够输出高电平信号。当前，设计工程师面临着设计更加复杂的控制系统的巨大挑战。这些系统依赖于比以往的系统提供更多的反馈信号。因此，设计工程师必需考虑满足高精度、更低总体成本以及便于实施应用等要求的零部件。目前的控制系统多采用压力开关来控制。这种开关围绕一个设置点开闭，其输出结果通常在一天结束时进行审查。这类系统主要用于监控。与上述控制系统相比，使用压力传感器的系统能够及时、精确地测量出压力尖峰，从而在危险发生或控制系统失效之前发出警告。传感器与计算机相连能够测量出实际压力，从而使用户可以精确地进行监测和系统控制。压力数据一般用于动态测量系统性能、监控使用状态以及保证系统能效。使用传感器的系统能够提供更多、更有效的数据点。
简而言之，重载压力传感器是一种具有外壳、金属压力接口以及高电平信号输出的压力测量装置。许多传感器配有圆形金属或塑料外壳，外观呈筒状，一端是压力接口，另一端是电缆或连接器。这类重载压力传感器常用于极端温度及电磁干扰环境。工业及交通运输领域的客户在控制系统中使用压力传感器，可实现对冷却液或润滑油等流体的压力测量和监控。同时，它还能够及时检测压力尖峰反馈，发现系统阻塞等问题，从而即时找到解决方案。
控制系统正日趋智能与复杂，传感器技术也必须保持同步发展，以适应应用需求。需要进行信号调理和校准工作的传感器时代已经一去不复返了。在传感器设计、实施至应用时，您再也无需为传感器的功能问题而煞费心思了。鉴于传感器是非常重要的压力测量装置，且市面上的传感器款型多种多样、质量参差不齐，您必须慎重选择。
可能性方案概览
列出传感器采购清单之前，查看各种应用方案非常重要。需考虑替代方案都有哪些，以及如何满足自身设计的要求和规格。正如前所述，在过去几十年里，主要由于设计复杂性的增加，控制和监测系统发生了巨大变化。这些变化包括手动系统变为基于电子技术的控制系统、多零部件变为高度集成产品、更加关注成本问题。重载应用有多种解决方案，重载环境都有哪些？这里仅列举一些具体实例，如具有较大温度范围的环境（如-40℃至125℃ [-40°F至257°F]），有制冷剂、机油、制动液、液压油等恶劣介质以及使用压缩空气的环境。尽管上述温度范围及恶劣环境可能并非最极端环境，但它们代表了大多数的交通运输及工业环境应用情形。
重载压力传感器可用于以下领域：
●用于暖通/制冷空调应用，监测系统性能，对压缩机入口和出口压力、屋顶冷水机组、制冷间、制冷剂回收系统以及压缩机油压进行控制。
●用于空气压缩机，监测压缩机性能和效率，包括监测压缩机入口和出口压力、过滤器压降、冷却水入口和出口压力、以及压缩机油压等。
●用于运输工具应用，通过监测气动、轻载液压、制动压力、机油压力、传动装置、以及卡车/拖车的气闸等关键系统的压力、液力、流量及液位来维持重载设备的性能。
市面上的传感器款型多种多样、质量参差不齐，因此必须对备选产品进行仔细研究。具体应从可靠性、校准、零点补偿、灵敏度以及总误差范围等方面对产品进行分析。
图：在暖通/制冷空调应用中，使用重载传感器对压缩机入口和出口压力、屋顶冷水机组、以及其它回收和压力系统进行控制。
选型标准
与大部分电子产品一样，传感器的选型标准反映了重要的设计挑战。系统设计要求具有稳定性的传感器以保证系统在任何时间和地点都能够正常工作。系统的一致性同样重要，从包装箱内取出的一个传感器必须与箱内其它任一个传感器能够互换使用，且产品性能必须与预定性能相同。第三个需考虑的标准是成本，它是一个无处不在的挑战。由于电子设备智能化程度和精度日益提升，不得不更新解决方案中的老旧部件。其成本不单单取决于单个传感器，而是取决于产品替代所带来的整个成本。传感器替代了哪些产品？替代之前是否要进行预校准或全补偿等操作？
为工业或交通运输应用选择传感器时，请考虑以下因素：
1) 可配置性
使用每种传感器时，需考虑装置是标准化还是定制化产品？定制选项包括连接器、压力接口、参考压力类型、量程以及输出形式等。不论是现货或是配置型产品，所选产品是否容易满足精确设计要求且能够迅速供货？在你设计产品时，能否快速得到样品从而使产品上市时间不被推迟或受到影响？
2) 总误差范围
总误差范围 (TEB)（如下图）是一种全面、清晰的重要测量参数。它提供了装置在补偿温度范围（40℃至125℃[-40°F 至257°F]）内的真实精度，对于衡量产品的一致性以及确保产品的互换性非常关键。例如，总误差范围为±2%时，不管温度是多少只要在既定范围内，也不管压力是上升或下降，误差总处于量程的2%以内。
图：总误差范围的误差组成
图片来源：霍尼韦尔传感与控制部
通常，制造商并不会在产品数据手册上列出总误差范围，而是单独列出各种误差。各类误差相加时（即总误差范围），总误差范围就会非常大。因此，总误差范围可作为选择传感器的重要选择依据。
3) 质量和性能
产品符合哪些性能标准？许多情况下，传感器都是依据一或两西格玛公差制造的。但如果产品制造符合六西格玛标准，其将具有高质量、高性能以及一致性好等优点，从而可被视为性能符合产品技术说明。
4) 其它考虑因素
选择重载传感器时，还应考虑以下因素：
●传感器必须经过补偿、校准、放大，并且必须是成品——无需加配其它资源即可适应应用要求。
●自定义校准，或结合自定义输出的自定义校准，应能够输出各种规定电压，在不更改设计的情况下即可满足设计规范要求。
●产品符合CE指令，满足IP防护等级要求，具有长的平均失效时间，符合电磁兼容性要求，即便在恶劣环境中也具有较高的耐用性。
●宽泛的补偿温度范围使同一装置可应用在系统各个部分，应用领域更加广泛。
●多种连接器和压力接口使传感器能够满足各种应用需求。
●体积小，使传感器在安置时更加灵活
●传感器应满足ISO 9001等工业标准
●需考虑传感器的总体成本，包括集成、配置及实施成本。
另一个需考虑的主要因素是设计和应用支持。在设计、开发、试验及生产阶段，是否有人能够为设计工程师解答重要问题？供应商是否具有足够的全球分支机构、产品和支持来协助客户的设计直至全球化制造？
霍尼韦尔PX2系列重载压力传感器是一款可配置性高的新型压力传感器，其应用领域包括暖通空调、制冷、工业及运输应用等。它结合压阻式检测和ASIC（专用集成电路）信号调理技术，即使在严苛环境下也能提供可靠性能。该传感器在-40℃至125℃[-40 F至257F]的工作温度范围内的总误差范围为±2%，并且其零点、灵敏度、温度影响及非线性进行了完全校准和补偿。
设计工程师通过使用完整的选型清单来选择重载压力传感器，能够根据真实、可检验的数据做出迅速健全的决策。目前的传感器精度水平已经远远超过几年前的产品，因此设计工程师能够快速选出不需更改即可使用的产品已显得尤为重要。(end)
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(3/26/2013) |
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