选择压力传感器时容易忽略的因素

原作者：Daniel Mullen, Product Line Manager, Sensata Technologies

压力传感器是液压系统中的关键部件，它可以配合PLC更好的完成目标压力的控制精度要求。如果压力传感器出现故障，则压力反馈将被中断，这很可能导致整个设备的故障，甚至存在安全隐患。

压力传感器的性能规格参数不多，主要包括量程范围、测量精度、输出信号类型等等。上述内容只要对照产品样本就可以轻松选择，这里就不做过多的说明。本文主要想聊一聊一些在选型过程中，容易被大家忽略的问题。我们都知道，大型工程设备的使用工况十分复杂，往往复合了压力尖峰、机械振动、电磁辐射等等多种干扰因素，而这些又往往是液压工程师认为是不那么重要的。然而，在确定压力传感器型号之前，做到充分了解液压系统的工作环境和使用条件，才是选择合适压力传感器的前提。

这里我们把流体压力大于 50bar（725 psi）的应用都称为高压工况（编者按：这里面更多的指的是工业流体应用，工程机械小伙伴对这个说法就呵呵了）。其特点是，压力越高意味着需要专门开发高强度的材料和结构。而且一般在高压系统中，往往还可能会叠加上高温的因素，如果因为压力控制上的原因，导致系统发生泄漏，那将十分危险。因此，在选择压力传感器时，一定要考虑它的耐压能力和量程范围。通常，选择传感器时，系统的工作压力应为传感器最大额定压力的50-60%。例如，工作压力通常在2500-3000 psi范围内的液压系统常使用5000 psi的传感器。除了提供一些安全裕度外，这种做法还能确保压力测量更为精准。

压力变送器主要由感压元件和信号调理电路组成。感压元件把压力信号转换为电参数（如电容、电阻等）， 信号调理电路对感压元件输出的电参数进行一系列处理后，最终将其变成标准信号（4～20mA DC）输出，可供显示、记录或调节之用。根据感压元件转换原理不同，压力变送器可分为力平衡式、电容式、扩散硅电子式等。目前，应用较多的是电容式和扩散硅电子式，力平衡式已经淘汰。

爆破压力是指设计人员预期发生机械故障或者是压力传感器发生泄漏时的流体压力。另外还有一个常常听到的是超量程能力，它是指可以施加到传感器上而不会导致性能变化超出指定公差的最大压力。大家一定不要将爆破压力与超量程能力混淆。超出超量程能力顶多会影响传感器的检测精度，而如果液压系统的瞬时压力超过了压力传感器的爆破压力，那么就极有可能导致压力传感器损坏。就算压力传感器抗住了一次或两次的瞬时冲击，但如果不找到系统产生瞬时压力冲击的原因，反复的高压冲击也会很快导致传感器故障和系统泄漏。

例如，在工程机械中，用于操纵铲斗的液压回路需要突然启动和停止，或者是车辆的快速转向系统回路。在这些情况下，系统组件都会承受较大的压力峰值，Sensate的压力传感器，其爆破压力均为额定工作压力的10倍，这将为系统的安全运行保驾护航。

机械冲击是一种瞬时的冲击，而振动则是一种连续的机械振荡，可能由发动机等动力设备而发生，也可能由外部的初始冲击引起。压力传感器很容易受到这种振动的影响。而我们的液压系统通常又是由大型泵、马达和油缸组成，运行过程中很容易产生振动。如果系统中的某一个组件没能承受住振动和冲击的影响，就很可能会损坏机械结构和电子设备。特别是经常在野外工作的设备，或者是剪叉式升降机等工程设备，在工作过程中特别容易受到振动的影响。

因此，针对存在振动的工况，在选择压力传感器时，要评估供应商对压力传感器进行了哪些测试，来确保他们的产品能够承受系统的潜在冲击和振动。通常，压力传感器供应商会根据 IEC 60068-2-27 标准测试传感器，以展示其传感器能够承受的机械冲击水平。

液压系统中常常会用到一些高功率的装置，这就意味着一些电子元器件很容易受到电磁辐射和静电放电的干扰，如果没有相应的措施，就很可能会损坏系统。例如，在移动空中工作平台时，电磁辐射很可能会干扰压力传感器的信号，导致系统压力不稳，工作平台的运动不稳定，也就无法保证工作人员的施工安全。在这种情况下，指定具有严格EMC标准的传感器，包括至少150V+/m的增强辐射免疫（EMI）评级和增强的静电放电（ESD）额定值±8kV 接触或±15kV空气，将有助于确保传感器不受电磁辐射的干扰。

综上，液压工程师在为液压系统选择压力传感器时，应仔细考虑液压系统的应用工况和文中提到的感压技术、爆破压力、机械冲击和振动以及电磁兼容性等因素。选择评级更高的传感器将有助于防止系统发生故障，以提高设备的安全性和可靠性。