微差压传感器在关键环境中的应用将压力分为正压和负压两种，前者用于保护性隔离，而后者则用于隔离控制通过空气传播的传染病。例如，医院的病房、手术室、药房、用于制药和半导体生产的洁净室、生命科学实验室和动植物园等采用正压保护，而医院用于肺结核、麻疹、水痘或SARS病人的病房和生物安全实验室则采用负压隔离，以便为公众形成一个保护空间。

1.在关键环境中使用微差压传感器的重要性

微差压传感器用于精确测量关键区域与邻近区域（通常为邻近的走廊或前厅）的微小气压差。这些压差梯度可以阻止空气传播传染病或污染物从防护区域内扩散到受污染区域，反之亦然。

关键医疗环境具有差压测量值极低的特点，满量程为25Pa（0.0036 PSI）。随着建筑能耗的重要性日益突出，在确保安全性的前提下，环境差压要求不断降低。

微差压传感器通常分为三类：压阻式应变计、电容式传感器和微机电 (MEMS) 传感器。

2.压阻式传感器

压阻式应变计通常由硅制成，通过金属间的粘结作用接合到钢基板上。当施加应力时，这种单晶膜片就会发生形变，进而使惠斯通电桥中的电阻检测到压力，然后按比例输出电压。压阻式应变计具有良好的分辨率和带宽，适合预算不宽裕的应用。

但是这种传感器也有其局限性。它们对温度变化很敏感，并且容易漂移。更严重的是，这类传感器无法提供足够大的面积来感应压力以产生有效的膜片形变。当然膜片可以做得更薄一些，但是这会降低其强度和完整性，同时也增加了成本。当用于低压测量时，测量结果噪杂，长期稳定性差。因此这类传感器更适合高压测量。

采用多晶薄膜、粘结金属箔片、厚膜和溅射薄膜的传感器工作原理都相同，也有非常相似的优缺点。幸运的是，我们还可以采用具备更多优点的其它传感器技术。

3. 电容式传感器

基于电容的压力传感器已经成为压力测量应用的主流。相对于压阻式压力传感器，电容式压力传感器具备更高的压力灵敏度和更低的温度灵敏度。

其它优点还包括：设计简单、无需使用特殊材料、低能耗、高分辨率和低成本。

电容式传感器包括一个紧凑外壳和内部两片平行放置的绝缘金属板。其中一片金属板采用金属膜片，能够在压力作用下发生轻微形变，另一片为绝缘的不锈钢电极。当在金属膜片上施加压力差时，金属膜片将相对固定电极发生位移，从而使电容发生变化。线性比较电路检测到所产生的电容变化，成正比地放大并输出高电平电压信号。金属膜片的形变量极小，有利于减小迟滞和重复误差，加快响应速度。

4.MEMS传感器

MEMS(Microelectro Mechanical Systems)传感器是一种常见的电容式传感器。它通过微影蚀刻技术在硅基板上蚀刻执行器、机械部件和电子器件，从而可以低廉地大批量制造。此外，其体积也在不断缩小，其膜片面积小至13mm²级别。

然而，这种小型化趋势也限制了性能，例如不灵敏、不精确和信号漂移。由于由脆性材料制成，MEMS传感器在高应力下易于断裂，无法承受过大的受力。电容式MEMS传感器的最大局限在于，小型化限制了其在高压应用中的压力灵敏度。

所有的压力传感器都通过膜片来检测压力。但在这类应用中，压力低得不足以使膜片产生应有的形变，除非膜片足够大，例如达39cm²。遗憾的是，这类传感器的膜片都远小于这一尺寸。一些基于硅膜片的电容式传感器机械弹性好，但膜片厚度只能达到0.15mm。相比之下，不锈钢膜片厚度可低至该尺寸的1/20，从而赋予其远更出色的灵敏度。MEMS和集成电路 (IC) 传感器天生小巧，信号输出能力极其有限。增加膜片的尺寸只能加剧硅的成本。此外，如果对输出信号进行放大，则会同时放大噪音。这类技术仍无法用来生产量程小于1"W.C.(249Pa)的传感器，并且还要保证信噪比足以确保正常运行。

5.电容式宏传感器

电容式宏传感器是关键环境应用的理想之选。这类传感器具备MEMS传感器的所有优点，但没有压力灵敏度的限制。其特别之处在于2”直径的金属张紧膜片，使之比其它低压传感器性能更为优异，实际分辨率可达一百万倍。

该膜片由不锈钢制成，厚度为纸张的1/10。良好的弹性使得移动范围不超过一张纸的宽度，因此可以实现不同压力测量量程。例如膜片配置低径向张力，可以测量0到0.1in.w.c.的低压力；而配置高径向张力，则可以测量0到100in.w.c.的高压力。该类传感器允许高达2PSI（视量程而异）的过压而不会损坏。此外，组件还具有相应的温度系数，有利于改善温度性能，获得优良的长期稳定性。

6.关键性能参数

下列为关键应用中选购电容式宏应变传感器应考虑的技术参数。

机械设计师、工程师和建筑师应首先考虑压力量程。一但选定了量程，就可以确定所需的测量精度。精度指实际值和传感器测量值之间的误差，通过综合计算线性误差、迟滞和重复性误差得出，用满量程的百分比值表示。例如假设某传感器的精度为±0.5% FS，输出为±0.1”W.C.(25Pa)FS，则该传感器的测量精度可达到±0.001”W.C(0.25Pa)。

尽管精度作为一个重要因素，往往也是首要考虑的因素，但应注意，只有长期保持，精度才有意义。电容式传感器的一大优点是可以在很长的时间内保持测量精度设置。不同粘结式应变计，电容式传感器具有非常低的蠕变、老化效应、湿度效应和其它常见输出稳定性问题，可以达到±0.05 到±0.5% FS/年的长期稳定性。

此外，务必确保所选传感器的标准输出电平和电源管理系统相匹配。最常用的输出类型为高电平模拟0到5VDC、0到10VDC电压输出或两线4-20mA电流输出。电容式宏应变传感器无需信号放大，因此可以避免了压阻式传感器（薄膜式和IC）类型等低电平输出装置普遍存在的某些问题，通常包括长期稳定性差、温度不稳定性、高频无线电干扰 (RFI) 敏感性和湿度效应。

为关键应用选择微差压传感器需要全盘考察多种因素。从基本传感器到尖端复杂的传感器，从众多传感器中选择出合适的传感器是一项艰巨的任务。选择压力传感器时高信噪比是最重要的考量指标。传感器输出的内源信号越高，传感器的长期稳定性、温度误差漂移和EMI/RFI敏感性就越好。

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