【摘? 要】隨著智能化產(chǎn)業(yè)的普及，各行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求與日俱增。本研究通過總結(jié)壓力傳感器各項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù)，以便使用戶有的放矢的為應(yīng)用系統(tǒng)選擇最優(yōu)的壓力傳感器，以便設(shè)計(jì)出具有更高性價(jià)比，更優(yōu)性能的產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】壓力傳感器;精度缺陷;測(cè)量誤差;非線性;遲滯;溫度影響

1.研究背景

隨著智能化產(chǎn)業(yè)的普及，各行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求與日俱增?？|清壓力傳感器的性能參數(shù)，以及如何選擇更適合特定應(yīng)用系統(tǒng)的傳感器，可以為整體開發(fā)計(jì)劃節(jié)約大量成本，并提供更優(yōu)性能。

2.被數(shù)據(jù)/圖表模糊化的性能參數(shù)

對(duì)產(chǎn)品性能參數(shù)的描述常常存在一些灰色地帶，這就增加了選擇合適壓力傳感器的難度。例如：非線性度0.5%之于0.25%，看起來要差一些，可0.25%的產(chǎn)品就真的更適合于你的應(yīng)用系統(tǒng)么？這其實(shí)并不是可以去直觀判斷的，正確的理解參數(shù)定義和測(cè)試結(jié)果也是非常重要的。

3.測(cè)量誤差

測(cè)量誤差通常指的是儀器在所描述的一組條件下特性曲線與理想狀態(tài)之間的預(yù)期或允許的偏差（圖1）。這些測(cè)試通常是在恒溫、恒壓、恒濕的條件下進(jìn)行，并沒有引入其它如，震動(dòng)，電磁干擾等外部影響因素。

但這個(gè)單一數(shù)值在實(shí)際應(yīng)用中的意義是非常有限的。如圖1所示，最大誤差只出現(xiàn)在實(shí)際曲線的某一特定點(diǎn)上。

因此，大多數(shù)制造商采用了一個(gè)更狹義的方式來定義精度，只將非線性、遲滯、不可重復(fù)性考慮在內(nèi)。它滿足了單個(gè)數(shù)值的需求，但就像測(cè)量誤差一樣，該數(shù)值并不能清楚的展示在特定的應(yīng)用條件下傳感器的實(shí)際測(cè)量誤差。

4.主要性能參數(shù)

壓力傳感器性能需要用一組數(shù)據(jù)來描述。原因如下：

（1）傳感器的實(shí)際特性不是恒定的，也不是線性的：它隨壓力、溫度、時(shí)間等的變化而變化。

（2）產(chǎn)品說明書用于描述一類傳感器的總體特性。各傳感器之間不可避免的存在個(gè)體性能差異。說明書應(yīng)包含一些統(tǒng)計(jì)元素，如典型值、平均值或最大值，以及偏差范圍。

（3）并不是每個(gè)理論偏差都與其應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)。這方面最簡單的例子是一個(gè)浴室監(jiān)控器，它在每次被打開時(shí)都會(huì)零復(fù)位，那么，由溫度引起的零誤差和零點(diǎn)位移就與這個(gè)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景無關(guān)。

下面將介紹與壓力測(cè)量有關(guān)的重要參數(shù)。

①非線性。

非線性是指在相同條件下，表示傳感器的特定讀數(shù)偏離理論參考線程度的一種表述方法。它通常用滿量程的百分比來表示。它的定義變化很大，在大多數(shù)情況下，非線性幾乎沒有任何實(shí)際意義。

②遲滯。

在穩(wěn)定的升降壓循環(huán)中，觀察傳感器的輸出特性曲線，在相同壓力點(diǎn)，升壓和降壓過程中的輸出值是不同的。如圖2所示，它們之間的差異稱為遲滯。這是其中一種遲滯，壓力遲滯。另一種遲滯是溫度遲滯，它發(fā)生在高低溫循環(huán)中，該溫度遲滯不同于溫度誤差。

遲滯現(xiàn)象通常是與傳感器材料的固有特性和元件的設(shè)計(jì)原理相關(guān)，不能通過補(bǔ)償/調(diào)整等方式予以抵消。因此，遲滯可以被看作測(cè)量的不確定度。

③不可重復(fù)性。

連續(xù)測(cè)量相同壓力值的輸出信號(hào)時(shí)，其結(jié)果不總是完全相同的。不可重復(fù)性誤差定義為：在相同的條件下，承受相同的壓力時(shí)，最高和最低測(cè)量值之間的最大偏差。

不可重復(fù)性是判斷傳感器設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，它直接反映了傳感器的內(nèi)在質(zhì)量。

④零點(diǎn)誤差。

零點(diǎn)誤差通常在說明書中表示為滿量程的百分比，但其絕對(duì)值在整個(gè)壓力量程范圍內(nèi)保持不變。因此，在測(cè)量較低壓力時(shí)，其相對(duì)誤差會(huì)較大。

在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，零點(diǎn)誤差可以通過調(diào)整控制器程序進(jìn)行抵消。

⑤跨度誤差。

多數(shù)情況下，跨度誤差的影響要小于零點(diǎn)誤差。因?yàn)榭缍日`差為相對(duì)值，當(dāng)該傳感器在應(yīng)用系統(tǒng)中的實(shí)際測(cè)量范圍小于滿量程時(shí)，其跨度誤差也會(huì)相應(yīng)變小。

與零點(diǎn)誤差一樣，較低的跨度誤差說明傳感器制造商的制程控制能力非常好。不同于零點(diǎn)誤差的是，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，跨度誤差不可以通過調(diào)整控制器程序進(jìn)行抵消。

⑥溫度影響。

溫度變化會(huì)引起材料的膨脹與收縮，會(huì)對(duì)傳感器的電阻、半導(dǎo)體和電氣連接產(chǎn)生影響，繼而影響信號(hào)輸出。這種影響，通常由兩個(gè)溫度系數(shù)來體現(xiàn)：溫度對(duì)零點(diǎn)的影響和對(duì)跨度的影響。

與前面介紹的零點(diǎn)誤差一樣，溫度對(duì)零點(diǎn)的影響也表示為滿量程的百分比，其絕對(duì)值在整個(gè)壓力量程范圍內(nèi)保持不變。在測(cè)量較低壓力時(shí)，其相對(duì)誤差會(huì)較大。

同樣的，溫度對(duì)跨度的影響也與跨度誤差一樣，是被測(cè)量程范圍的相對(duì)值。

⑦偏移，漂移和長期穩(wěn)定性。

偏移是指由于溫度、過載等外部因素引起的輸出信號(hào)的變化，可看作一個(gè)“穩(wěn)定”的變化。當(dāng)外部影響穩(wěn)定以后，輸出信號(hào)也將趨于穩(wěn)定。

漂移則是由傳感器自身因素引起的，如電路被潮氣侵蝕，結(jié)構(gòu)元件發(fā)生蠕變等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳感器有漂移問題時(shí)，該傳感器應(yīng)該被馬上替換。

長期穩(wěn)定性是結(jié)合偏移和漂移的一個(gè)參數(shù)，傳感器的組件會(huì)隨時(shí)間老化，那么輸出信號(hào)也會(huì)隨之發(fā)生變化，通常被定義為一段時(shí)間內(nèi)滿量程的百分比，如0.05% FS/年。

5.總結(jié)

通過上文，我們識(shí)別出了影響壓力傳感器輸出信號(hào)的一些關(guān)鍵參數(shù)，并了解了這些參數(shù)的特點(diǎn)。關(guān)于傳感器的參數(shù)還有很多很多，例如TEB （Total Error Band）， MTTF， B10等。我們未來可以根據(jù)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)合上文提到的壓力傳感器主要參數(shù)，選擇最優(yōu)的傳感器解決方案。

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作者簡介：王寧（1984），男，籍貫天津市，回族，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。