在高动态范围内使用压力传感器

　　First Sensor，2020年10月

　　进行测量通常需要在测量范围和精度之间进行权衡。传统上，压力传感器也不例外。研究人员和产品开发人员必须决定在任何给定压力应用中，在量程的高压端或低压端是否需要高精度测量。这对于准确测量在较大范围内变化的压力提出了重大挑战。这一切都将改变，这要归功于一种新型的基于流量的差压传感器，该传感器能够在±5,000 Pa的范围内进行测量，并且在低压区域的亚帕斯卡精度。

　　压力传感器在许多行业中都有广泛的应用-从泄漏检测到医疗设备。尽管高精度超低压传感器已广泛使用，但长期以来证明难以在很大范围内准确测量压力是很困难的。

　　现在，由First Sensor开发的新型压力传感器提供了一种实现此目的的方法。借助量热流量传感技术，使这些高动态范围传感器成为可能。让我们先来看看这项技术的运作方式。

　　使用量热原理测量压差

　　在这种压力感测方法中，通过使气体从相对压力高的区域到相对压力低的区域流过传感器来测量压差。嵌入式加热元件向气体提供已知的热通量，并使用两个温度传感器确定其流量。通过测量流量，可以确定压差。

　　First Sensor在其现有的LMI，LME和LDE系列压力传感器中使用了基于量热法的方法，并进行了一些重要的修改。1,2在这些传感器中，微米级（60μm）的流道和热敏元件集成在单个硅片中芯片采用MEMS技术。与使用模制通道的同类传感器相比，这具有显着优势：First Sensor较小的通道具有较高的流动阻抗，对灰尘和湿气的固有抗扰性以及极低的泄漏率。3,4诸如湍流和烟囱效应之类的伪像都不存在。5所有这些都导致了一个小型，坚固且高灵敏度的压力传感器。

　　在测量流量或气体速度时，以“旁路配置”连接这种传感器非常有利，因为传感器的高阻抗可确保对主流的干扰最小。6

　　该传感器架构的性能和多功能性使LDE / LME / LMI系列传感器在暖通空调，药品（呼吸器，麻醉设备等）和泄漏测量中具有一系列应用。

　　高动态范围测量问题

　　尽管具有这些传感器的性能，但是在宽范围内以高精度测量压力变化仍然是一个问题。这可以用系统的“动态范围”来描述：动态范围描述的是某个量的最小值（在这种情况下为压力）与最大值之比。在压力或流量急剧变化的系统中，我们说这具有很高的动态范围。但通常，只能在该范围内的某个狭窄区域内以高精度进行压力测量。

　　在某些流量应用中，该问题尤其明显。流速或空气速度测量通常如上所述依赖于压力测量。但是这些流量计的功能元件本质上是非线性的，产生的压力大约与流量的平方成正比。这意味着，如果给定系统的流量的动态范围为1：100，则传感器产生的压力的动态范围将约为1：10,000。

　　迄今为止，用单个精确的传感器设备来适应这种动态范围一直是有问题的。

　　LHD ULTRA系列压力传感器

　　First Sensor的新型LHD ULTRA压力传感器系列建立在其现有的量热微流量技术的基础上，可提供一种多功能的压力传感器，能够在广泛的范围内实现难以置信的精确测量。 LHD ULTRA压力传感器在单个芯片上具有两个微流通道和两个传感元件。一个传感元件设计为可以高分辨率高精度地测量低压差，另一个传感元件设计为在更大范围内扩展测量范围；整个设备可在低压下以极高的动态范围进行精确的压力测量。

　　具有精确的24位模数转换的板载微控制器可提供信号处理，其中包括对两个元素的响应进行拼接，线性化和温度补偿。结果是传感器的数量超过了其总和。