微差壓傳感器在關鍵環境中的應用將壓力分為正壓和負壓兩種，前者用于保護性隔離，而后者則用于隔離控制通過空氣傳播的傳染病。例如，醫院的病房、手術室、藥房、用于制藥和半導體生產的潔凈室、生命科學實驗室和動植物園等采用正壓保護，而醫院用于肺結核、麻疹、水痘或SARS病人的病房和生物安全實驗室則采用負壓隔離，以便為公眾形成一個保護空間。

1.在關鍵環境中使用微差壓傳感器的重要性

微差壓傳感器用于精確測量關鍵區域與鄰近區域（通常為鄰近的走廊或前廳）的微小氣壓差。這些壓差梯度可以阻止空氣傳播傳染病或污染物從防護區域內擴散到受污染區域，反之亦然。

關鍵醫療環境具有差壓測量值極低的特點，滿量程為25Pa（0.0036 PSI）。隨著建筑能耗的重要性日益突出，在確保安全性的前提下，環境差壓要求不斷降低。

微差壓傳感器通常分為三類：壓阻式應變計、電容式傳感器和微機電 (MEMS) 傳感器。

2.壓阻式傳感器

壓阻式應變計通常由硅制成，通過金屬間的粘結作用接合到鋼基板上。當施加應力時，這種單晶膜片就會發生形變，進而使惠斯通電橋中的電阻檢測到壓力，然后按比例輸出電壓。壓阻式應變計具有良好的分辨率和帶寬，適合預算不寬裕的應用。

但是這種傳感器也有其局限性。它們對溫度變化很敏感，并且容易漂移。更嚴重的是，這類傳感器無法提供足夠大的面積來感應壓力以產生有效的膜片形變。當然膜片可以做得更薄一些，但是這會降低其強度和完整性，同時也增加了成本。當用于低壓測量時，測量結果噪雜，長期穩定性差。因此這類傳感器更適合高壓測量。

采用多晶薄膜、粘結金屬箔片、厚膜和濺射薄膜的傳感器工作原理都相同，也有非常相似的優缺點。幸運的是，我們還可以采用具備更多優點的其它傳感器技術。

3. 電容式傳感器

基于電容的壓力傳感器已經成為壓力測量應用的主流。相對于壓阻式壓力傳感器，電容式壓力傳感器具備更高的壓力靈敏度和更低的溫度靈敏度。

其它優點還包括：設計簡單、無需使用特殊材料、低能耗、高分辨率和低成本。

電容式傳感器包括一個緊湊外殼和內部兩片平行放置的絕緣金屬板。其中一片金屬板采用金屬膜片，能夠在壓力作用下發生輕微形變，另一片為絕緣的不銹鋼電極。當在金屬膜片上施加壓力差時，金屬膜片將相對固定電極發生位移，從而使電容發生變化。線性比較電路檢測到所產生的電容變化，成正比地放大并輸出高電平電壓信號。金屬膜片的形變量極小，有利于減小遲滯和重復誤差，加快響應速度。

4.MEMS傳感器

MEMS(Microelectro Mechanical Systems)傳感器是一種常見的電容式傳感器。它通過微影蝕刻技術在硅基板上蝕刻執行器、機械部件和電子器件，從而可以低廉地大批量制造。此外，其體積也在不斷縮小，其膜片面積小至13mm2級別。

然而，這種小型化趨勢也限制了性能，例如不靈敏、不精確和信號漂移。由于由脆性材料制成，MEMS傳感器在高應力下易于斷裂，無法承受過大的受力。電容式MEMS傳感器的最大局限在于，小型化限制了其在高壓應用中的壓力靈敏度。

所有的壓力傳感器都通過膜片來檢測壓力。但在這類應用中，壓力低得不足以使膜片產生應有的形變，除非膜片足夠大，例如達39cm2。遺憾的是，這類傳感器的膜片都遠小于這一尺寸。一些基于硅膜片的電容式傳感器機械彈性好，但膜片厚度只能達到0.15mm。相比之下，不銹鋼膜片厚度可低至該尺寸的1/20，從而賦予其遠更出色的靈敏度。MEMS和集成電路 (IC) 傳感器天生小巧，信號輸出能力極其有限。增加膜片的尺寸只能加劇硅的成本。此外，如果對輸出信號進行放大，則會同時放大噪音。這類技術仍無法用來生產量程小于1"W.C.(249Pa)的傳感器，并且還要保證信噪比足以確保正常運行。

5.電容式宏傳感器

電容式宏傳感器是關鍵環境應用的理想之選。這類傳感器具備MEMS傳感器的所有優點，但沒有壓力靈敏度的限制。其特別之處在于2”直徑的金屬張緊膜片，使之比其它低壓傳感器性能更為優異，實際分辨率可達一百萬倍。

該膜片由不銹鋼制成，厚度為紙張的1/10。良好的彈性使得移動范圍不超過一張紙的寬度，因此可以實現不同壓力測量量程。例如膜片配置低徑向張力，可以測量0到0.1in.w.c.的低壓力；而配置高徑向張力，則可以測量0到100in.w.c.的高壓力。該類傳感器允許高達2PSI（視量程而異）的過壓而不會損壞。此外，組件還具有相應的溫度系數，有利于改善溫度性能，獲得優良的長期穩定性。

6.關鍵性能參數

下列為關鍵應用中選購電容式宏應變傳感器應考慮的技術參數。

機械設計師、工程師和建筑師應首先考慮壓力量程。一但選定了量程，就可以確定所需的測量精度。精度指實際值和傳感器測量值之間的誤差，通過綜合計算線性誤差、遲滯和重復性誤差得出，用滿量程的百分比值表示。例如假設某傳感器的精度為±0.5% FS，輸出為±0.1”W.C.(25Pa)FS，則該傳感器的測量精度可達到±0.001”W.C(0.25Pa)。

盡管精度作為一個重要因素，往往也是首要考慮的因素，但應注意，只有長期保持，精度才有意義。電容式傳感器的一大優點是可以在很長的時間內保持測量精度設置。不同粘結式應變計，電容式傳感器具有非常低的蠕變、老化效應、濕度效應和其它常見輸出穩定性問題，可以達到±0.05 到±0.5% FS/年的長期穩定性。

此外，務必確保所選傳感器的標準輸出電平和電源管理系統相匹配。最常用的輸出類型為高電平模擬0到5VDC、0到10VDC電壓輸出或兩線4-20mA電流輸出。電容式宏應變傳感器無需信號放大，因此可以避免了壓阻式傳感器（薄膜式和IC）類型等低電平輸出裝置普遍存在的某些問題，通常包括長期穩定性差、溫度不穩定性、高頻無線電干擾 (RFI) 敏感性和濕度效應。

為關鍵應用選擇微差壓傳感器需要全盤考察多種因素。從基本傳感器到尖端復雜的傳感器，從眾多傳感器中選擇出合適的傳感器是一項艱巨的任務。選擇壓力傳感器時高信噪比是最重要的考量指標。傳感器輸出的內源信號越高，傳感器的長期穩定性、溫度誤差漂移和EMI/RFI敏感性就越好。

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