十分钟了解压力传感器

上次我们了解温度传感器，这次我们来聊聊另一种很重要的传感器--压力传感器。

压力传感器是工业中最为常用的一种传感器，因为就像血压是一个人是否健康的重要数据，压力值对于工业生产一样不可或缺。其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,。

什么是压力传感器

压力传感器通常用于是测量气体和液体的压强（其实叫压强传感器更准确，但大家都已经约定俗成了）

因为测量的压强，所以压力传感器的单位一般是Pascal，即牛顿每平方米，因为Pascal太小，而使用Bar和 PSI 磅/平方英寸会更常见。而atm则是一个标准大气压。

pascal/Bar/PSI之间的换算

朋友们可能在胎压仪更常见到这Bar和PSI单位，是的，胎压仪就是一个压力传感器。

胎压仪

原理

大多数压力传感器都是基于压电效应，就是将压力值转换为电信号。由于这个原因，这些通常也被称为压力变送器。使用的两个常用信号是4~20毫安信号和0~10伏特。

因为有朋友留言，这里我们顺便说明一下

传感器是将要测量的物理量转为电信号，这些信号通常都很小，需要经过放大才能转换为我们需要的4-20mA、0-10V等相关工业信号。

简单说传感器是变送器的核心，而变送器是包含了传感器和放大电路，能输出工业电信号的器件。

因此我们在工业中，更多的说是XX变送器，比如温度变送器、压力变送器等。

类型

我们在行业中经常使用三种压力类型

绝对压力：是指相对于

表压力：则是参考大气压进行测量的。一个标准大气压通常为10372Kpascal/1atm。

差压力：就如名字一样，是两个压力值差。

应用

在工业中，压力传感器用于各种工艺。最常见的用途是测量蒸汽压力。蒸汽通常用于过程加热，而锅炉则是产生蒸汽最主要的设备。锅炉系统上的压力传感器可以用于多种目的。

工业锅炉

首先也是最明显的是观察和监测压力，用为释放蒸汽并调节其压力的重要依据。蒸汽会在容器中形成压力并变得危险（比如高压锅）。我们可以使用压力传感器作为输入装置来打开和关闭控制阀保持压力和蒸汽流量的调节。这只需要在PLC中的简单编程就可以实现这一点。

在许多工业过程中，压力传感器也安装在过滤器旁边。具体过程是如果过滤器开始堵塞，流量将减少。随着液体流量减少，压力可以增加或减少，具体取决于监测过滤器的哪一侧。通过压力来判断过滤器是否堵塞，是否需要清洁或更换。

工业过滤器

特殊点的用途是使用压力传感器作为液位传感器。

在敞口水箱中，可以通过测量得到的压力，在通过简单的计算，已知液体的比重，就能算出液位高度，再已知水箱的体积就可以确定有多少液体。

如果水箱是密闭的，例如锅炉，则要通过差压传感器来测量差压力，才能计算出液位高度。安装会较为麻烦，但它仍然是一个可行的选择。

（当然通过这种方法测液位的误差会比较大，在精度要求不高的场合是可以使用的）

如何选择

由于有各种不同类型的压力（绝对压力、差压力、表压力），所以了解那些会影响到传感器使用的因素是很重要的一件事。了解接触到传感器为液体或气体，是否腐蚀就显得很重要。做为流体测量所使用的传感器，当待测流体有可能损坏传感器时，其应用就不同于那些普通的传感器。其它的重要的因子是测量范围（以bar、psi、Atm等单位来表示）。在能够维持测量规格精确度要求下，传感器可以量测的压力范围。以及测量范围是单极性（压力或真空）或双极性。例如要测量低于大气的压力值（蒸发塔），如果使用表压力传感器就会出现负值，给计算和控制都带来麻烦。这种情况使用绝对压力传感器就方便很多。

另外“过压力”（over pressure）或“试验压力”（proof pre-ssure）（ 传感器可以接受而不招致损坏的最大压力）在传感器的选择中相当的重要。对于操作温度范围的了解也很重要。待测的液体或气体物质的温度，绝不能超过传感器的操作温度范围。

品牌

按照品牌则有：西门子、罗斯蒙特、霍尼韦尔、E+H等，并且现在绝大部分的仪表都是支持HART协议。

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BM1390GLV-Z气压传感器：测量大气压强的电路方案

大气压强，如何测量？

假如你是这个项目开发的负责人，作为研发工程师的你，心里有没有好的电路方案呢？也许有小伙伴们说，这还不简单吗？

测量大气压强，不就是用一个压强传感器吗？再加上一个模拟量的ADC采集电路，送入到MCU单片机进行计算，结果不就出来了吗？

芯片哥承认，这是对的。只是这些都是理论值，与实际的项目开发还存在很遥远的一段距离。

首先，压强传感器的型号那么多，如何确定适合自己项目的具体型号呢？

其次，测量压强的温度补偿，如何去校准？

别的不说，就一个校准的开发工作量，就够工程师受的了。冬天的温度，你要校准；夏天的温度，你要校准；室内的温度，你要校准；室外的温度，同样也需要校准。

这些不同温度的环境，气压传感器它测量出来的气压值与实际值，它们的偏差如何去弥补？

01 BM1390GLV-Z气压传感器

可能有小伙们会有疑问，测量大气压强，怎么还需要考虑温度啊？

这是肯定需要的啊，我们在中学阶段就知道，一个关于气体压强的恒等式

PV = nRT

P是气体压强，V是气体的体积，n是气体分子的数量，R是一个常数，T是气体环境的温度。

从这个式子，可以看到，相同的环境下，气体的压强是与温度成正比的，温度越高，气压越强。

比如，工程师可以用气压传感器，测量汽车轮胎的胎压，在夏天的时候，明显压强就会高出冬天的很多。

回到正题，BM1390GLV-Z气压传感器，就是Rohm罗姆的一个具有温度补偿功能的数字接口传感器。

BM1390GLV-Z气压传感器---Rohm罗姆

它能测量气压的范围在300hPa ~ 1300hPa。这个气压是什么概念呢？

举个例子，我们的标准大气压大概是1000hPa，也就是说BM1390GLV-Z气压传感器能测量的压强，大概是1.3个标准大气压。同时，低压，它也能测量。

至于测量的精度，可以控制在±0.06hPa左右。

气压传感器的原理

就BM1390GLV-Z气压传感器而言，它的测量原理是用一个硅膜（受压敏感元件）再加上一个电阻桥

气压传感器原理

不同的压强，作用在硅膜上，会产生不同的压力。这些压力会作用在电阻桥上，使得电阻桥的阻值发生了变化，通过电路检测出这些变化的阻值，就能测量出相应的大气压强了。

这就是气压传感器的测量原理。

细心的小伙伴，应该有留意到，气压传感器的图片（第一张），它的左上角有一个小孔。这个小孔就是让外界的气体进入传感器内部的，从而实现气体压强的测量。

气压传感器的电路

具体该怎么应用这个罗姆Rohm的气压传感器呢？尤其是工程师希望知道的应用电路。

BM1390GLV-Z气压传感器电路

传感器，它只有10个引脚，其中3个是电源相关的引脚，4个是NC引脚，另外3个是测量结果的输出引脚。

其中有IIC通信，一个是SDA，一个是SCL。工程师可以通过IIC通信读取传感器测量的气压值。

DRI是传感器的中断输出引脚功能。

BM1390GLV-Z气压传感器内部电路

从它的内部电路，也可以看出，传感器内部包含了一个温度传感器采集功能，自身具备了测量过程中的温度补偿功能，可以省去了工程师的开发工作量。

测量结果寄存器值

至于测量的结果，工程师按照IIC通信的协议，读取传感器内部的相应寄存器，只需少量的软件代码开发工作量，就能完成。

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