MEMS壓力傳感器-壓力測量類型

All Sensors Pressure Points are application tips to simplify designing with microelectromechanical (MEMS) pressure sensors and avoiding common pitfalls.

All Sensors 傳感器壓力點都是應用程序的技巧，可以用微機電（MEMS）壓力傳感器來簡化設計，避免常見的缺陷。

Pressure Point 1: MEMS Pressure Sensors - Pressure Measurement Types

壓力點1:MEMS壓力傳感器-壓力測量類型

MEMS壓力傳感器的出現改變了系統設計者和應用工程師測量壓力的方式。使用簡單，小尺寸，低成本和堅固性使這些傳感器能夠處理汽車和工業過程控制以及醫療和手持式便攜設備的應用。例如，在手持導航設備中高精度的高度測量，如擁有三軸加速計、陀螺儀和磁力計的智能手機可以增加十分之一的自由度。壓力測量使導航設備能夠定位目的地的確切樓層。

  MEMS壓力傳感器通常測量硅隔膜上的壓力差。如圖1所示，有三種類型：

表壓（a），零點以當地大氣壓為參考點的壓力測量

絕壓（b），零點以密封在芯片內的絕對真空為基準的壓力測量。

差壓（c），任意兩個壓力之差稱為差壓（delta P或ΔP）

圖1所示。表壓，絕壓和差壓測量在硅膈膜的每一邊都有不同類型的壓力。

在這些設計中，隔膜是用微機械蝕刻的，這是一種化學蝕刻工藝。測量技術可以包括電容性或電阻性（壓電式或壓阻式）。壓阻式設計如圖1所示。真空是一個負的表壓或低于大氣壓的值。在指定或討論壓力測量的類型時，必須確定測量的類型，以傳達測量技術的準確描述。表1顯示了幾種常用測量的傳感器需求。

 表1.通用壓力測量對比表與測量類型.

大氣壓力和高度

假設最基本的壓力測量是大氣壓力。海平面的標準大氣壓為29.92英寸汞（Hg）（760 mm Hg（Torr）或14.696 psi）。大氣壓力隨著海拔的增加而下降，隨著海拔的降低而上升。低、高的天氣模式減少或增加大氣壓力。無液氣壓計提供絕對壓力測量。

高度計是一種絕對壓力計（測量），顯示高于海平面的高度。空氣壓力相對海拔高度的轉換經常是通過氣壓高度表換算。例如，海拔10000英尺的地方是10.1 psia（69.7 kPa）。壓力海拔（Halt）可以用這個方程來計算：

Halt = (1-(psta/1013.25)^0.190284)x145366.45   Eq. 1

其中，Halt是海拔高度，單位為英尺，psta為壓力單位毫巴(mBar)或百帕(hPa)

液柱高度

對于標準液體，在液體中的深度H的絕對壓強定義為：

Pabs = P + (ρ x g x H)   Eq. 2

備注:

Pabs是kg/m-s 2（或Pa）深度H的絕對壓強。

P是液體頂部的外部壓力，通常是開放式的大氣壓力

液體的密度（例如，純水是1克/cm3，4℃，鹽水是1.025 g/cm3）

g是重力加速度（g=9.81/s2）（32.174 ft/s2））

H是米或英尺的深度

水深

根據Eq.2，水下物體壓力的增加基于液體密度和深度。常見的深度測量包括淡水或鹽水。對于淡水來說，每英尺的壓力增加0.43 psi，在鹽水中，每英尺是0.44 psi。一名潛水員的潛水壓力計（SPG）或深度計是絕對的壓力讀數。潛水計算機提供了安全上浮所需的時間，因為即使100英尺的深度也能產生400 kPa（3.951個大氣壓，或58.1 psi）的壓力。

管道流量

有幾個因素決定了流體流動應用中出現的壓力下降，包括層流與紊流、流速、運動粘度和雷諾數、管道內部的粗糙度以及直徑、長度和形狀因素?？装?、文丘里管和噴嘴簡化了的情況。在這些情況下（參見圖2），流量與ΔP（p1-p2）相關：

q = cd π/4 D22 [2(P1 - P2) / ρ(1 - d4) ]1/2

備注:

q是m3/s的流

cd是流量系數，面積比=A2/A1

P1和P2單位為N/m²中

Ρ為流體密度：單位為kg/m³

D2是孔口，文丘里或噴嘴直徑（m）

D1是上游和下游管徑（m）

d=D2/D1直徑比

圖2.p流體測量元素。