在本文中，了解什么是板裝式壓力傳感器、它們的工作原理、它們的優(yōu)點、應(yīng)用以及如何為設(shè)計選擇一個。

板載壓力傳感器（圖 1）已被用于許多應(yīng)用，包括醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動化和 HVACR。但是為什么它們會被選擇而不是更傳統(tǒng)的壓力傳感系統(tǒng)呢？

圖 1：板載壓力傳感器示例。圖片由霍尼韋爾提供

板裝式壓力傳感器，顧名思義，是設(shè)計用于安裝在 PCB（印刷電路板）上的壓力傳感器，從而成為電子組件的集成部分。雖然一些傳感器設(shè)計用于評估傳感器和固體物體之間的物理接觸壓力，但其他傳感器專門用于測量液體或氣體的壓力。 

板載傳感器的優(yōu)勢

一般而言，板裝式壓力傳感器的優(yōu)勢在于將傳感器和 ASIC（專用集成電路）包含在單個芯片上，即使在非常擁擠的 PCB 上也易于放置。

這樣的做法： 

降低零件成本 

簡化設(shè)計復(fù)雜性

降低系統(tǒng)占用空間 

提高傳感器實施的設(shè)計靈活性

此外，其中一些傳感器包括集成在單個封裝中的校準(zhǔn)、放大和溫度補償： 

提高系統(tǒng)正常運行時間 

使更換傳感器變得更加容易 

為壓力測量系統(tǒng)創(chuàng)建更緊湊、更輕便的占地面積。

另一個好處是這些傳感器如何設(shè)計用于在高濕度和/或暴露于各種流體和氣體的環(huán)境中工作。這允許傳感器直接暴露于被測介質(zhì)，這在呼吸機或睡眠呼吸暫停機等應(yīng)用中非常重要（見圖 2）。 

圖 2：睡眠呼吸暫停機中使用的傳感器示例圖。圖片由霍尼韋爾提供

最后，某些類型的此類傳感器可提供極高的準(zhǔn)確度以及良好的精度、分辨率和可重復(fù)性，所有這些在許多設(shè)備中都至關(guān)重要。 

壓力傳感器的壓力類型

幾乎所有板載壓力傳感器都依賴于某種類型的微結(jié)構(gòu)（例如，隔膜），該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的電氣特性變化與變形時所經(jīng)歷的變形成正比。 

電氣特性可以包括電容、電阻或電荷的變化，所有這些都可以被測量并轉(zhuǎn)換成電信號。

壓力傳感器測量的三種壓力是：

• 表壓，相對于大氣壓的壓力
  

• 壓差，兩點之間的壓力差

• 絕對壓力， 相對于 0 psi 的壓力

• 在大多數(shù)情況下，表壓傳感器提供的輸出與大氣壓力的任何變化成正比，而壓差則基于兩個端口之間的壓力測量。最后，絕對壓力傳感器使用內(nèi)部真空參考，通常用于測量氣壓變化或高度變化。 

應(yīng)用：醫(yī)療和工業(yè)

板載壓力傳感器用于許多不同的應(yīng)用和行業(yè)（圖 3），從任務(wù)關(guān)鍵型醫(yī)療設(shè)備到自動化制造。 

它們可以在 HVACR 檢測過濾器堵塞、協(xié)助環(huán)境監(jiān)測和 IAQ（室內(nèi)空氣質(zhì)量）以及建筑節(jié)能中找到。

這些壓力傳感器還可以很好地測量管道靜態(tài)壓力、檢測過濾器的存在以及支持 VAV（可變風(fēng)量）控制。

圖 3：可以應(yīng)用此類傳感器的兩個示例應(yīng)用是醫(yī)療設(shè)備（左）和工業(yè)環(huán)境（右）。圖片由霍尼韋爾提供

醫(yī)療行業(yè)

在醫(yī)療行業(yè)，它們已被證明在各種設(shè)備中不可或缺，包括： 

• 呼吸機
  

• 麻醉機

• 病房氣壓

• 肺活量計

• 板載壓力傳感器還用于與血液分析、透析、離心以及氧氣和氮氣等氣體分配相關(guān)的設(shè)備。

工業(yè)行業(yè)

在工業(yè)環(huán)境中，這些傳感器用于： 

• 通用機械
  

• 狀態(tài)監(jiān)測 

• IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備

• 工業(yè)4.0

• 機器人

這些傳感器用于工業(yè)環(huán)境，具有：

• 氣動空氣控制
  

• 過程控制

• 泄漏檢測

• 天氣控制系統(tǒng)

• 真空開關(guān)

• 高度計

• 氣壓計

選擇傳感器：規(guī)格和特性

在選擇板裝式壓力傳感器之前，了解這些傳感器的一些關(guān)鍵規(guī)格和特性非常重要。 

對于此類傳感器的規(guī)格，通常包括輸出信號范圍和電源電壓。此外，必須選擇輸出信號是比例式 VDC 模擬還是數(shù)字I 2 C或串行外設(shè)接口(SPI)，后者可以直接連接到微處理器或微控制器。 

模擬或數(shù)字也會影響數(shù)據(jù)值的更新頻率，通常以 kHz 為單位。

至于板載壓力傳感器的基本特性，通常包括： 

• 范圍——傳感器可以準(zhǔn)確檢測的最小和最大壓力
  

• 分辨率 - 必須存在的最小壓力變化，以便輸出信號反映它 

• 請記住，范圍和分辨率之間存在關(guān)系：范圍越大，可能的分辨率越低，反之亦然。 

除了標(biāo)準(zhǔn)壓力特性外，最好考慮爆破壓力。某些應(yīng)用（包括醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用）可能涉及清潔或衛(wèi)生程序，這可能會導(dǎo)致暫時但顯著的壓力增加。壓力尖峰雖然是瞬時的，但仍然超過了設(shè)備的超壓限制。

另一個需要考慮的關(guān)鍵特性是溫度。由于溫度對壓力有顯著影響，因此一些（但不是全部）板載壓力傳感器針對以下因素進(jìn)行了溫度補償： 

• 傳感器偏移

• 靈敏度

• 溫度影響

• 非線性。 

• 這種溫度補償通常是通過使用板載 ASIC 來實現(xiàn)的。

表示傳感器報告的壓力值與被測實際壓力的接近程度的精度也很重要。 

精度報告為壓力傳感器滿量程 (FS) 或滿量程帶跨度 (FSS) 的百分比。它也可以用總誤差帶 (TEB) 來報告，它表示傳感器在溫度補償范圍內(nèi)的精度。

這些傳感器的最后一個特性涉及它使用的介質(zhì)類型（例如，流體、干燥氣體）以及介質(zhì)是否必須滿足附加要求，例如非腐蝕性或非離子性。

雖然這些只是一些規(guī)格和注意事項，但在選擇選擇哪種壓力傳感器時需要考慮每一項。