有时不必知道液体或气体的绝对压力。相反,仅需要了解被监视系统中两点之间的差异。在这种情况下,您可以使用压差传感器。
压差传感器将为您提供两点之间的比较测量(请参见右图)。一个示例可以在管道中的阀之前和之后。如果阀门完全打开,则两侧的压力应相同。如果压力存在差异,则可能是阀门未完全打开或存在堵塞。
差压传感器通常包装有两个端口,可以在这些端口上连接管道。然后将管道连接到要进行测量的系统。可以将工业差分传感器集成到标准化配件中,使其可以内置到现有管道中。
与压力表传感器不同,所进行的测量完全独立于大气压力。
通常,将要测量的两个压力施加到单个膜片的相对侧。膜片相对于静止状态的挠度为正或负,决定了压力差。
一些工业差分传感器实际上使用两个单独的绝对传感器,利用内部电子设备计算压力差并将其提供给控制系统。

如果需要,可以使用两个绝对压力传感器和控制系统上的软件进行压差测量
或者,如有必要,还可以使用两个绝对压力传感器来实现差值测量,然后在工业控制系统上计算差值。在由于被测量介质(例如液体和气体)或测量环境而需要两种不同类型传感器的情况下可能会出现这种情况(请参见上文)。
![]() 用于放大 惠斯通电桥压阻式压力传感器信号的示例电路 |
可用的许多板级传感器都使用压阻传感元件。其中最简单的是使用惠斯通电桥配置,该配置需要信号调理电路来放大其输出(见左图)。
上图所示的电路将恒定电流施加到电桥。然后将输出信号放大并施加到测量系统的输入。如果您的应用基于微控制器,则信号可以连接到ADC输入引脚。否则,有许多带有数字输出的独立ADC可以替代。
模拟前端(AFE)可能还需要提供补偿电压,温度补偿和跨度。
如果您正在寻找更简单的解决方案,那么许多制造商都提供完全集成的差分传感器。例如,某些器件可能包括温度补偿电路以及两个放大级,从而使其可以简单地连接到微控制器的ADC输入。
如果您正在开发基于微控制器的压差测量系统,则可以选择多种板载传感器。正如我们已经看到的,有些提供了经过调节和放大的模拟输出,可以将其应用于ADC输入。
其他传感器则将传感器内部的信号数字化,从而可以将它们连接到数字串行接口,例如I2C或ZACwire。
I2C是一种相对著名的接口技术,甚至在某些最小的8位微控制器上也可用。只需要两条线,一条用于时钟,另一条用于双向数据线。
由于I2C支持多个节点,因此考虑总线的整体带宽也很重要。随着更多设备被添加到总线上,无法按要求频繁访问压力传感器的风险增加了。另一个重要的考虑因素是总线上的上拉电阻的尺寸。I2C的官方规范对如何计算必要值提供了适当的解释。
在板级设备上使用工业压力传感器显然具有吸引力。它们坚固耐用,主要装在钢制外壳中,并带有螺纹接头,使其易于安装在管道和水箱上。工业压力传感器主要设计用于集成到制造环境中,并链接到可编程逻辑控制器(PLC)。
因为工业传感器用于要求高水平功能安全性和耐用性的系统中,所以它们提供的接口似乎有点不寻常。大多数模拟输出传感器提供的电压输出范围很广(0 – 20 V),或者它们的输出电流范围为4 – 20 mA。这种传感器接口的目的是在所使用的长电缆长度上将对背景噪声的性能。变送器类型仪表传感器电路的一些示例如下所示。

示例电路,说明如何实现仪表传感器变送器
像其他业务领域一样,工业传感器也正在转向数字接口。这样做的优点是可以将多个传感器全部连接到同一布线回路,从而节省了布线的复杂性。这些接口中的某些接口(例如CANopen)可以相对轻松地连接到微控制器。只要有CAN接口,就需要在硬件方面提供兼容的CAN收发器。为了实施您的软件,您会发现来自各种嵌入式软件供应商的一系列软件堆栈。
压差传感器通常在工业环境中找到家,在工业环境中,可以使用压力差来确定气体或液体的流量。这可能包括污水处理厂,海上和海底天然气和石油加工以及利用热水或蒸汽的远程加热系统。
他们还进入安装有消防装置的洒水系统。
如果需要测量密闭容器中的液体量,也可以使用差压变送器。只要流体的密度不随温度变化而变化,就可以根据压力,液体密度和重力来确定液体柱的高度。
在医疗领域,差压传感器用于治疗深静脉血栓形成,输液泵以及呼吸器和呼吸检测设备。