如何正确选择OEM生产中的压力传感器

VibInfo

除了购买软件的人，大部分人都希望能在第一时间采购适宜的OEM产品。寻找理想的压力传感器是OEM生产的一个重要组成部分。主要选择依据包括下列条件：精度、可靠性和校准周期；*作条件；关键指标和非关键指标的对比以及价格。

　　原始设备制造商（OEM）都在仪器和监控设备中集成了用于检测和控制压力的复杂和独立技术。任意OEM设计中的主要设计原则都是元件的性价比，压力传感器和变送器是需要考虑的价格因素之一。一般很难取得满意的权衡。再者，市场上的各种压力感测技术对于特别应用而言要做出正确选择也存在一定的困难。目前，普遍使用的压力技术为：可变电容、可变磁阻、涡流、粘合应变计、薄膜和压阻硅技术。

　　候选的技术
　　可变电容传感器通常比较稳定并具有非常优良的特性，但要求媒介与电容元件绝缘，以防污染和湿气。

　　Rosemount的3051S系列仪器具有各种可变的电容式压力传感器，其具有结构紧凑、水气密封以及承受恶劣现场环境的316L的不锈钢腔室。该仪器可提供0.04%的精度、200:1的量程变比和100ms的响应时间。标准输出为带有HART数字协议的4–20 mA信号。基金现场总线可通过简单电子板升级应用在该装置。高可靠的传感器可在工艺现场安装，排除了动力线的使用并可减少维护费用增加实用性。
　　可变磁阻和涡流传感器对于在任意压力小于1 psi的现场都是非常适宜的。

　　在涡流压力传感器中，高频磁通量是通过两个匹配在磁场中而不与目标传导的线圈注入的。该附在随差分压力移动的横隔膜上。通过磁场感应两个线圈的差值可以测量隔膜的位置。内置的电子部件可将信号转化为标准温度补偿的输出信号。
　　该类产品由于其量程小于1 in.H2O的差压而常常用于HVAC系统中。湿/湿结构非常容易满足绝缘油的要求。在缺点方面，该类产品比其它的传感器体积大并且一般比较昂贵。
　　粘合应变计技术已在我们生活中应用了40多年并且生产厂商众多。

　　应变计传感器，如图中所示，其与其它压力检测技术相比具有两个无比优点。由于应变计直接粘合在感测薄膜上，薄膜厚度的变化将随着压力量程的变化而变化。只有粘合的金属片可以测量几万磅psi的压力。因为应力片直接粘合在感测薄膜上，所以无需绝缘膜或填充油的使用。因此该传感器可很好地阻碍研磨介质（常用于薄片隔膜的缝隙）的损伤。
　　该类产品精确适度，不能满足较高精度的需求。用于结合应力计的粘合剂局限于常温并且此类产品的长期稳定性也是一个问题。由于这类传感器的感测隔膜响应时间比较慢，它们只能用于水利方面。另外，低价格也是它们的优势。
薄膜技术具有粘合应力计的所有优点并且其长期稳定性具有很大的改善。

　　薄膜压力传感器具有非常好的稳定性并且其它性能也可通过溅射感测元件（可达到应力计材料、绝缘材料和17-4 pH不锈钢感测材料的中等熔接）满足。溅射和薄膜技术在实际使用中可提供多年的测量保证。

　　隔膜必须由具有非常优异弹性系数的硬材料制作，如17-4 pH的不锈钢。而相关高质量的感测隔膜制作的产品会影响响应时间。
　　压阻硅压力传感器在设计和制作合理的情况下具有与生俱来的静态精度。

　　压阻元件是由分散作用的4臂应力计组合在单晶硅隔膜的表面，其面积和厚度会根据压力量程而变化。电路结构为惠斯通电桥。电桥的作用是将应力计引起的应力感应电阻的变化转换为电压的变化，而电压可直接用传统仪器精确测量。
　　在大规模生产中，它们是最为廉价的产品。非常轻的硅隔膜可以减少冲击和振动的影响。
精度、可靠性和校准
　　这篇压力传感器的规范主要针对OEM应用，对于全面了解*作环境和性能要求是非常重要的。例如，如果压力传感器要用于天然气等监测性变送器，那么高精度是推荐的主要指标。这是确保日用品公平发票的唯一方法。另一方面，如果传感器用于监测压力压力不是很关键的安全系统，那么较低价格和可靠性是主要指标，而精度次之。
　　另一个需要考虑的问题是校准周期。一个稳定的装置需要每隔2–3年校准一次，而一个差些的产品需要1–3月校准一次。校准的时间受产品的状态影响并且需要简单的经验。例如，每3个月检测一次新安装的传感器也许是一个不错的方法，其后，检查频率应在6或12个月一次。有些压力传感器非常稳定，它们近需5年校准一次。


　　*作环境
　　在考虑OEM应用中的特殊传感器时，了解*作环境是非常重要的。在气体或液体应用中是否存在腐蚀问题？产品安装室内还是室外？应用现场是否存在冲击和振动？周围的环境温度如何？现场有否电压冲击或闪电？过压如何处理？是否存在水锤？压力介质是否防碍压力端口？
　　如果存在腐蚀现象，因重点注意潮湿元件受到的化学腐蚀。如果高压或闪电有可能存在的话，适当的浪涌抑制装置也应安装。在频繁振动的现场使用时，产品应配有电子器件固定装置。在精度指标要求较高的现场，长期稳定性也不可忽视。　　（大部分量产的低价OEM压力传感器厂商都不出示稳定性能而仅提供典型数据。）在粘性比较大的现场，因采用直接的隔膜传感器。

　　压力传感器的规范
　　对于终端用户遭遇的各种应用条件都是选择压力传感器中OEM的责任。选择中不能仅顾及装置的表面价格而忽视了影响客户再购买的主要因素。在大量压力传感器出货时，少许的选择不能太频繁。那些理论“买一个传感器节省15美元，如果在1000个网络系统中就可以节省15000美元”是错误的。实际上，15美元是1000次节省的，如果传感器不能达到计划中的应用，每个传感器节省的15美元就会带来潜在地风险。
　　很多情况下，如爆炸环境需要危险区域的认证。很多终端用户完全忘记了这类要求，而OEM要熟练掌握。三种主要的认证为：北美的Underwriter的Laboratories， Factory Mututal和 Canadian Standards Association。压力传感器厂商要求递交设计和测试样品以确保与严格的安全标准兼容并达到这些组织的要求。大部分保险公司将从认证机构接收一个或多个测试报告作为生产商满足相关要求的充分证明。在水下应用中，American Bureau of Ships认证被要求。
另一个要考虑的因素是防护等级。如NEMA 4X (IP 65)防护适合用于水或其它液体可能喷射的*作环境。在可能水淹的现场，防护级别为NEMA 6或欧洲标准的IP 68。
　　OEM应用中，最重要的问题是可靠性。如果压力传感器故障，常常是系统安装的故障并会引起各种不便。也就是说“便宜货卖两次”的道理。
　　采用标准的压力传感器可以减少安装以及重复的工程费用。对于大量应用的压力传感器而言专门的设计会使费用最小化。例如，去除螺纹压力端口可以减少传感器尺寸和重量、改进气密响应并且减少机械造价。集成的模块化汽车连接器会减少相应配合连接器和缆线的费用。在压力传感器中增加一个温度传感器也许能为客户减少一个必须外接的传感器费用。
区分主要指标和次要指标是非常重要的。例如，激励电压给出的位10–40 VDC。应用中给出的是12或24VDC电源电压，许多厂商就将他们的设计局限在32或36VDC，这就是对次要指标的重点化。在检测类变送器应用中，主要指标包括精度、温度漂移以及可能的化学兼容性。
　　有些OEM产品采用的防护系统可在特别应用中有助于识别最好的产品。最关键的指标应该给予最主要的现场要求。将没有保障的“典型参数”用于多数传感器，常常会使一个厂商设计传感器与别的厂家产品没什么区别。

　　产品的价格
　　在决定购买何种传感器后，重要的事情就在于寻找那种产品能提供更合适的价格。55美元传感器的故障率在万分之一比25美元的万分之一五要低的多。而出现故障时，用户首先要停止系统运行并处理故障，进行产品更换然后重新安装。所有的过程都会增加维护费用，减少产品/服务的可运行能力并在顾客心里产生严重的负面影响。
　　价格受订货的数量影响很大。在机械部件和电子组件甚至热测试过程中，批量产品可以有更优惠的价格、更低的运费和处理费用。有些厂商建立了期货以提供小量产品订货的经济行，这样可以保障他们的优化生产*作。大规模的OEM产品可直接从厂商处购买。

结论
　　寻找理想的压力传感器是OEM生产的一个重要组成部分。主要选择依据包括下列条件：精度、可靠性和校准周期；*作条件；关键指标和非关键指标的对比；产品的价格。仔细参照上述指标，OEM生产中的缺陷就会降到最低。