压力传感器及其在水生和水下应用中的应用

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压力传感器是许多水下应用中必不可少的安全和后勤设备。 对于水肺潜水，可靠的深度计或潜水表对于估计潜水深度和确保安全上升和下降至关重要。

历史上，许多潜水表和深度计都是模拟设计。 与模拟传感器相比，数字压力传感器具有多项优势，并且可以轻松地与组合来自多个传感器的信息的潜水电脑连接。

数字压力传感器将由传感元件组成； 对于压力传感器，这通常是一个压阻元件和一个传感器，用于将传感器响应转换为数字信号进行处理。 数字传感器可以非常紧凑，没有活动部件，可用于恶劣和腐蚀性环境，包括盐水。 压阻式传感器特别适合水生测量，因为它们对工作深度几乎没有限制。1

这种压力传感器的常见应用包括声纳浮标（有时称为声纳浮标）、水箱和海洋深度测量、潜水表和钓鱼。

MS 系列潜水表

优点传感器系统

Merit Sensor Systems 是领先的专家 压力传感器 适用于许多应用，包括潜水和淡水工作。 Merit Sensor Systems 提供多种不同的传感设备，它们具有令人难以置信的小尺寸和超低功耗。 低功耗对于许多远程水上应用至关重要，因为设备必须由电池供电，并且需要许多小时的电池寿命。

对于声纳浮标，可部署设备使用声纳信号来定位经过的潜艇和海上交通或监测潮汐状况，Merit Sensor Systems 开发了压力传感器，可以取代传统的有线/线路技术。 通常情况下，浮标将通过一根线轴将设备连接到水面的浮子来部署，线的长度用于估计设备的深度。 然而，由于海洋在不断移动，由于设备在水中时会发生横向偏转，所以金属丝位移通常不能很好地衡量深度。 压力传感器可以通过测量当地水压来提供更准确的深度测量。

对于声纳浮标，Merit Sensor Systems 提供一系列合适的传感器，包括 高温超导 1510 系列， TR系列 并且，对于更有限的操作深度，超低功耗 MS系列. 所有这些都是高度紧凑、重量轻的传感器，可以很容易地集成到一系列设备中，并提供许多小时的连续运行。 HTS 系列还将很快配备睡眠模式，以便进一步延长电池寿命。

所有 Merit 传感器系统系列都与各种水环境和条件具有极高的介质兼容性。 这 MS系列 填充凝胶以提供额外保护，其紧凑的设计占地面积意味着它已成功用于潜水表。 这 MS系列 是一种经济实惠的选择，在广泛的温度范围内具有出色的稳定性，并且还符合 RoHS 标准。

水下应用中的 HTS、TR 和 MS 系列。

计算深度

为什么压力传感器在恢复深度信息方面如此有效？ 由于水的密度在大多数环境中是恒定的，重力也是如此，因此水下压力与浸没深度成正比。 通过用于处理的机载电子设备，压力传感器可以快速将这些压力读数转换为浸入深度甚至当地水位的测量值。

潜水电脑可以显示和处理一系列压力信息，从呼吸罐中的剩余气体水平到潜水深度。 一些潜水电脑将使用它来计算潜水的剩余安全时间。

Merit Sensor Systems 的所有压力传感器系列都可以集成为数字系统的一部分，但是 高温超导 1510 系列 可以选择提供数字或模拟输出。

对于实时深度计算很重要，所有压力传感器都有 10 毫秒的启动时间，以防设备需要快速重启。 每个压力传感器的质量都小于 2 g，包括所需的任何保护外壳和支架，尤其适用于盐水应用。

这些压力传感器的特点是它们具有仅 0.5% FS 寿命漂移、极低的压力和温度滞后执行高精度测量的潜力。 无论您是需要能够支持手动潜水最高安全标准的压力传感器，还是需要用于 24/7 在线水箱监控的快速读数传感器，Merit Sensor Systems 都能提供。

此 高温超导 1510 系列， TR系列 和 MS系列 每个都有不同的设计和外壳，以针对特定任务优化它们。 MS 系列是一种表面贴装的陶瓷器件。 全补偿 TR 系列是一种直接媒体压力监测器，旨在与现有设备即插即用。 HTS1510 系列是一种背面压力监测器，可以表面贴装并集成到现有控制板中。

立即联系 Merit Sensor Systems，了解如何将他们最先进的压力传感器集成到您的水下设备中。

参考文献：

  1. Büttgenbach, S.、Constantinou, I.、Dietzel, A. 和 Leester-Schädel, M. (2020)。 微机电一体化案例研究。 在微机电一体化案例研究中。 https://doi.org/10.1007/978-3-662-61320-7

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将压力传感器应用到 HVAC 系统中

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在确保室内空气质量、健康和居民舒适度管理方面，HVAC 系统至关重要。1 HVAC 系统在提高建筑物的能源效率方面也起着核心作用，因为 HVAC 系统占美国建筑物总能耗的近 50% 和所有总能耗的 20%。2

全球温度和天气可能会迫使人们更加依赖 暖通空调系统 在全球范围内，这意味着能源消耗增加，这使得寻找提高 HVAC 系统效率的方法变得极为重要。3

实现这一目标的方法之一是使用 HVAC 智能管理系统来执行一些操作，例如关闭低占用率或零占用率建筑物中不必要的供暖或通风，以确保没有能源浪费。4

传感器的使用是智能 HVAC 系统的核心。 传感器促进了自动化系统的“机器视觉”，提供了根据当前需求和指定性能做出智能决策所需的信息。

传感器也可以集成到 HVAC 系统中，以加强气候控制并在必要维护时帮助发送警报以避免不必要的工作，这也可以防止系统停机。

HVAC 中的压力传感器

优点传感器系统 是设计和开发高性能压力传感器的全球领导者。 压力传感器是 HVAC 系统技术中最重要的组件之一，用于监控系统性能、检查压缩机状况以及监控管道以测试通过通风系统的气流。

Merit Sensor Systems 提供的服务可帮助客户找到合适的压力传感器，使 HVAC 系统更安全、更可靠且运行成本更低。

HVAC 系统由多个组件组成，因为单个系统需要具有冷却、加热以及在系统周围提供空气传输和通风的能力。

连续实时压力监测适用于检查房间或过滤器是否存在压降，以检查占用率和性能。 还可以安装 HVAC 压力传感器，以保持关键气道或出于安全原因需要正压的气道（包括医院实验室）中的压力水平。

低压压力传感器

压缩

传统的 HVAC 装置通常包含一台压缩机，用于压缩制冷剂蒸汽，直到将其转化为热气。

压力监测对于检查此制冷剂应用中的泄漏和压缩机性能至关重要，而 TVC 系列使之成为可能。 一旦产生热空气，它就会被环境空气冷却，随后通过传输加热。

气态制冷剂在冷却时被泵向蒸发器，在那里它流过限流装置以降低制冷剂的压力并将其蒸发，从而冷却空气以进行再循环。

压缩机设计多种多样，但大多数都利用压缩、蒸发和冷却循环来降低空气温度。

TVC压力传感器

选择压力传感器

HVAC 系统中有许多不同的应用和对压力传感器的巨大需求，但要发挥作用，压力传感器需要具有特定的性能水平。

HVAC 中的一些压力变化，包括由于轻微堵塞导致的过滤器压降，可能非常小。 因此，压力传感器需要有良好的检测限。

在需要极其灵敏的压力传感器的通风系统中，也可以观察到小的压力变化和小的总压力。 由于智能 HVAC 系统通常用于减少能源消耗和浪费，因此 压力传感器 安装在系统中的软件需要完全可靠。

如果未在适当的时间提供维护警告，错误和错误的读数可能会导致 HVAC 系统性能不佳甚至损坏组件。

极其紧凑的 LP 系列压力传感器也是 Merit Sensor Systems 产品组合的一部分，有助于解决所有这些问题。

LP 系列压力传感器占地面积小，可以轻松集成到电路板设计中，而不会增加成品的体积或重量。 占地面积小使得可以集成到几乎任何应用程序中，而无需重新设计组件。

低压压力传感器

LP 和 TVC 系列压力传感器

对于 HVAC 应用， LP系列压力传感器 具有低至 250 Pa 的检测能力和超过 0.01 Pa 的分辨率。最初设计用于测量差压或表压的灵敏度，该压力传感器仅需要 3.3 至 3.5 V 电源即可开始提供准确且有意义的数据数据。

LP 系列压力传感器包含两个可连接（带管）压力点。 然后可以通过我连接传感器2C 或模拟输出，用于实时数据监控以及集成到智能建筑管理系统中。

此 TVC系列 非常适合在较高压力下测量制冷剂气体。 它的开发目的是即使在 –40 至 150 °C 的温度下也能产生稳定的输出。 TVC 的任务是监控 HVAC 系统、水位、水压和流程。 也可用于空调及其他制冷剂系统。

TVC 压力传感器内部

LP 压力传感器内部

立即联系 Merit Sensor Systems，了解更多信息，了解 LP 和 TVC 系列如何能够彻底改变 HVAC 系统的效率，并具有准确确定下一个维护周期到期时间的灵敏度。

参考资料和进一步阅读

  1. 贝尔格，德国之声 (2019)。 室内空气质量和 HVAC 系统。 劳特利奇。 https://doi.org/10.1201/9780203751152
  2. Perez-Lombard, L.、Ortiz, J. 和 Pout, C. (2008)。 对建筑能耗信息的回顾'。 能源与建筑，40， 394–398。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.03.007
  3. Wang, H., & Chen, Q. (2020)。 气候变化对美国建筑物供暖和制冷能源使用的影响。 能源与建筑，82（2014），428-436。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.034
  4. Wang, H., & Chen, Q. (2020)。 气候变化对美国建筑物供暖和制冷能源使用的影响。 能源与建筑，82（2014），428-436。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.034

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电动汽车冷却系统和压力传感器的作用

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电动汽车的普及和采用不能简单地用语言来表达； 必须看数据。 国际清洁交通委员会 (ICCT) 在 2017 年进行的研究表明，全球每年的电动汽车销量几乎呈指数级增长。1

电动汽车中的 TVC

到 2020 年底，全球有超过 10 万辆电动汽车在道路上行驶。2

电动汽车吸引买家的原因有很多：与汽油燃料汽车相比，它们产生的排放量更少，运营成本显着降低，并且长期前景更好。3-5

然而，让更多人改用电动汽车的最大挑战之一长期以来一直是他们一次充电可以行驶的有限范围。6 然而，这个障碍正在稳步被克服。

电池技术的逐步改进正在兴起，电动汽车的最大续航里程随着每一次进步而延长，使拥有电动汽车成为下一代驾驶员更可行的选择。

电动汽车冷却系统的重要性

然而，提高电池容量的尝试可能会带来某些挑战。 主要问题与冷却有关。 电池在充电和放电时会产生热量。 因此，电池储存的能量越多，充电或放电的速度越快，它产生的热量就越多。

纯电动车辆配备了冷却系统，可在车辆的电力电子设备和电池组中保持特定的温度限制。 冷却系统的主要作用是确保电池温度保持在安全工作范围内。

如果任何给定电池中的锂离子电池组温度过高，就会引发称为热失控的连锁反应，在这种反应中，整个电池组会发生灾难性的放热分解。7

防止过热和热失控当然是至关重要的。 大多数 EV 冷却系统旨在使电池组在大部分时间保持在最佳工作温度。

通常，这意味着 15 – 35 °C 范围内的温度分布接近均匀。8 如果允许整个电池组的温度发生显着变化或超出此特定范围，则充电时间和效率可能会受到负面影响，从而导致电池使用寿命缩短。

电动汽车冷却技术

电动汽车采用各种冷却技术来管理电力系统的温度：空气、散热片和液体冷却。

翅片冷却是一种简单且经济的被动冷却机制，已在电子领域证明是成功的。

实际上，将功率密集型组件构建为具有翅片和脊而不是平面的特征会增加它们的表面积，从而提高它们向周围环境散热的速度。

然而，翅片在电动汽车中的应用有限，因为它们会显着增加电力系统的重量。

空气冷却，即相对较冷的空气在热物体表面循环，是另一种相对简单的技术，因为它可以更快地冷却物体。

空气冷却通常具有成本效益，并且已用于某些电动汽车模型（包括日产聆风的早期模型）。 然而，这个系统可能相对耗能，依赖空气冷却的汽车在炎热的天气里可能会遇到麻烦。8

液体冷却是控制电动汽车电池和动力系统温度的最有效方式。

在整个电力系统中管道液体冷却剂有助于有效散热，虽然它相对昂贵和复杂，但它为电动汽车中的电子系统和电池组提供更精确的温度控制。

随着制造商在电动汽车中安装容量越来越大的电池组，这些冷却系统必须能够应对的需求也在增加。

随着充电率和电池容量的增加，液体冷却系统变得越来越重要和复杂。9,10 当今电动汽车中的液体冷却系统可能需要将冷却系统细分为多个回路，并在电池冷却剂和空调系统制冷剂之间进行热交换。

压力传感器在电动汽车冷却系统中的作用

压力是电动汽车液体冷却系统的关键参数。 压力传感器是冷却系统调节和优化反馈以及检测可能表明泄漏的压力损失的重要组件。

随着液体冷却系统变得越来越复杂，EV 冷却系统对精确和坚固的压力传感器的需求现在比以往任何时候都大。

Merit Sensor Systems 设计和制造各种适用于要求苛刻的 EV 应用的高性能压力传感器。 TR 系列传感器已开发用于在气体、油和制冷剂等苛刻介质中提供精确的压力测量。

TR 系列压力传感器采用密封芯片，能够从背面进行压力测量，介质仅与陶瓷基板、玻璃和金锡共晶焊料接触。

TR 系列传感器还在复杂的 EV 流体系统应用中提供准确、可靠和稳健的压力传感，同时额定温度范围为 -40 °C 至 150 °C。

TR 系列面密封集成（MeriTrek 入门套件）到金属/塑料外壳中。

TVC系列传感器 已针对测量高达 2,000 kPa 的制冷剂气体中的中高压进行了优化。

将硅芯片传感元件安装在陶瓷压力端口的顶部意味着 TVC 传感器能够测量背面压力，同时将介质与内部电子设备分开，在延长使用寿命期间提供可靠和稳健的压力（爆破压力 5 倍）测量，即使在苛刻的媒体中。

TVC 系列易于集成到带径向密封（O 型圈）的金属/塑料外壳中。

凭借简单的密封和电气连接，TR 和 TVC 系列压力传感器经过精心设计，可无缝集成到复杂的流体系统管道和快速连接器中，因为可靠的表面和径向密封。

要了解更多信息，请联系 Merit Sensor Systems，了解其压力传感器如何在 EV 系统中提供一系列无与伦比的优势。

案例

  1. Lutsey, N. & Nicholas, M. 到 2030 年美国电动汽车成本更新。 （2019）。
  2. 2021 年全球电动汽车展望——分析。 国际能源署（IEA） https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021.
  3. 电动汽车有多环保？ | 环境 | 守护者。
  4. 电动汽车的运行成本：购买和运行电动汽车的成本是多少？ 欧沃能源。 https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html, https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html.
  5. 我们多久会用完化石燃料？ 我们的数据世界 https://ourworldindata.org/how-long-before-we-run-out-of-fossil-fuels.
  6. 电动汽车采用的真正障碍。 麻省理工学院斯隆 https://mitsloan.mit.edu/ideas-made-to-matter/real-barriers-to-electric-vehicle-adoption.
  7. Feng, X., Ren, D., He, X. & Ouyang, M. 减轻锂离子电池的热失控。 焦耳 4，743-770（2020）。
  8. Chen, D.、Jiang, J.、Kim, G.-H.、Yang, C. & Pesaran, A. 锂离子电池不同冷却方法的比较。 应用热工程 94，846-854（2016）。
  1. 在 JSTOR 上设计用于高容量、高功率锂离子电池组的直接和间接液体冷却系统。 https://www.jstor.org/stable/26169002.

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为什么压力传感器的包装很重要

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需要压力传感功能的系统开发人员（传感器将暴露在苛刻的介质和扩展的温度下）应该知道封装对于提高压力传感器的可靠性至关重要。 压力传感器经常暴露在恶劣的流体中，例如气体、油、制冷剂和其他腐蚀性溶剂，如果传感器包装不当，这些流体可能会损坏传感器的电路。 损坏的压力传感器会导致传感错误，并最终导致产品召回和安全风险。

航空航天和汽车规范特别严格。 在这些应用中，温度范围介于 -40 和 150 °C 之间。 此外，这些应用中的准确性和可靠性要求往往非常苛刻，因为组件故障可能导致安全风险和/或产品召回。

与温度相关的另一件事是热膨胀系数 (TCE) MEMS传感元件，或裸片，以及它所附着的基板。 不锈钢似乎是一种很好的基板材料，但它的 TCE 远高于制造 MEMS 芯片的硅的 TCE。 简而言之，不锈钢的膨胀和收缩比硅大得多。 TCE 的这些差异导致 MEMS 传感元件像实际压力一样做出反应，从而引入传感误差。

用于面密封和背压的 TR 系列

还必须考虑媒体。 粘合剂通常用于将 MEMS 芯片密封到基板上并保护传感器的电路。 然而，粘合剂确实会随着长时间暴露在苛刻的介质中而软化。 例如，医疗应用不会将传感器暴露在像汽油这样苛刻的介质中，但即使是盐水在传感器暴露足够长的时间后也会产生腐蚀性。 此外，清洁和灭菌过程通常需要反复接触腐蚀性化学品，例如漂白剂。 当粘合剂软化和密封破裂时，电路可能会损坏，并且可能会出现传感错误。

除了温度和介质外，还必须考虑压力。 当粘合剂用于 MEMS 芯片键合时，足够高的压力（大约 300 psi）会导致 MEMS 传感元件与基板分离。

另一个降低粘合剂粘合强度的因素是湿度。 很少有粘合剂或环氧树脂能够承受长期暴露于高温和高湿度的环境。 专为这种环境设计的特种环氧树脂会对 MEMS 传感元件施加巨大压力，再次引发传感错误。

要使压力传感器在 -40 至 150 °C 的温度范围内表现良好，即使在苛刻的介质和超过 300 psi 的压力下，正确的封装也是必不可少的。

TR 系列，用于 O 形环密封和背面压力

Merit Sensor 已确保我们的压力传感器专为恶劣介质和高温而设计。 我们有创新的芯片键合，由非常适合的元素制成 对苛刻的介质有弹性. 这些管芯键合在陶瓷基板上完成，从而产生紧密匹配的 TCE。 这导致压力传感器封装具有高精度和可靠性。

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