在化工、制鐵、機械等工業(yè)場景中，高溫環(huán)境下的壓力精準(zhǔn)測量一直是技術(shù)難點。常規(guī)壓力傳感器在高溫條件下易出現(xiàn)性能衰減、測量誤差增大等問題，而 KYOWA 共和 PHF-S-20MPS3B 作為高溫用小型壓力傳感器，憑借 - 40～160℃的允許使用溫度范圍和 - 40～150℃的寬溫補償區(qū)間，能穩(wěn)定應(yīng)對嚴(yán)苛工況。
本文將深入解析該傳感器的核心工作原理，重點拆解其溫度補償機制，揭示其在高溫環(huán)境下保持非線性 ±0.3% RO 以內(nèi)、滯后 ±0.2% RO 以內(nèi)高精度的技術(shù)邏輯，為工業(yè)現(xiàn)場的選型、使用與維護(hù)提供技術(shù)參考。
PHF-S-20MPS3B 采用應(yīng)變片式工作原理，核心是將液壓、氣壓等物理壓力信號轉(zhuǎn)換為可測量的電信號。傳感器的液體接觸部位采用 SUS630 材質(zhì)，該材質(zhì)兼具耐高溫與抗腐蝕特性，能直接與高溫介質(zhì)接觸并傳遞壓力。
當(dāng)被測介質(zhì)施加壓力時，壓力會作用于傳感器內(nèi)部的彈性隔膜，使隔膜產(chǎn)生微小形變。隔膜上集成了精密的壓敏電阻，其電阻值會隨隔膜形變產(chǎn)生線性變化，這一物理現(xiàn)象即為壓阻效應(yīng)，是壓力信號轉(zhuǎn)換的核心依據(jù)。
壓敏電阻被設(shè)計成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，通過外部施加激勵電壓實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。傳感器的輸入與輸出電阻均為 350Ω±5%，推薦激勵電壓為 1～2V AC 或 DC，激勵電壓不超過 5V AC 或 DC。
當(dāng)壓敏電阻阻值隨壓力變化時，惠斯通電橋的平衡狀態(tài)被打破，產(chǎn)生與壓力成正比的差分電壓信號。該信號經(jīng)內(nèi)部電路調(diào)理后，以約 1.75mV/V 的額定輸出比例對外傳輸，最終通過配套測量儀器實現(xiàn)壓力的顯示、記錄與監(jiān)控。
為適配高溫工況，傳感器采用封閉惰性氣體的氣密結(jié)構(gòu)，既能保護(hù)內(nèi)部敏感元件免受高溫介質(zhì)侵蝕，又能減少溫度變化對元件性能的影響。4 芯屏蔽硅膠電纜的設(shè)計則進(jìn)一步提升了高溫適應(yīng)性，其外徑約 3mm，長度 4m，能在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的信號傳輸，同時屏蔽層可有效抵御電磁干擾。
高溫環(huán)境會從兩方面影響傳感器測量精度：一是溫度變化會使壓敏電阻的本征阻值發(fā)生漂移，導(dǎo)致電橋零點偏移，即零點溫度影響；二是溫度會改變壓敏電阻的壓阻系數(shù)，使壓力與輸出信號的比例關(guān)系發(fā)生變化，即輸出溫度影響。
若無有效補償措施，這些影響會導(dǎo)致測量誤差顯著增大。PHF-S-20MPS3B 的零點溫度影響控制在 ±0.008% RO/℃以內(nèi)，輸出溫度影響控制在 ±0.01%/℃以內(nèi)，正是通過精準(zhǔn)補償實現(xiàn)的嚴(yán)苛指標(biāo)。
常規(guī)壓力傳感器在高溫下易出現(xiàn)絕緣性能下降、元件老化加速等問題。PHF-S-20MPS3B 通過材質(zhì)選型與結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，其絕緣電阻在 DC25V 條件下保持 500MΩ 及以上，即使在 160℃的極限使用溫度下，仍能維持穩(wěn)定的電氣性能，避免因絕緣失效導(dǎo)致的測量故障。
傳感器采用自動補償溫度應(yīng)變片技術(shù)，在壓敏電阻所在的彈性隔膜上，通過噴涂及光刻工藝直接成形溫度補償用電阻膜，使補償電阻與壓敏電阻處于同一平面，確保兩者感受到相同的溫度環(huán)境，實現(xiàn)精準(zhǔn)補償。
補償電阻的溫度系數(shù)經(jīng)過特殊校準(zhǔn)，當(dāng)溫度變化時，其阻值變化會反向抵消壓敏電阻的溫度漂移，使惠斯通電橋的零點偏移控制在極小范圍，從源頭抑制零點溫度誤差。
傳感器采用線路補償法中的惠斯通電橋補償方案，通過優(yōu)化電橋電路參數(shù)，進(jìn)一步抵消溫度對輸出信號的影響。在電路設(shè)計中，補償電阻與壓敏電阻構(gòu)成完整的橋路結(jié)構(gòu)，不僅能補償零點漂移，還能修正溫度導(dǎo)致的輸出靈敏度變化。
這種組合式補償設(shè)計，使傳感器在 - 40～150℃的寬溫度補償范圍內(nèi)，始終保持穩(wěn)定的測量精度，無需用戶手動調(diào)整補償參數(shù)，適配工業(yè)現(xiàn)場的無人值守需求。
封閉惰性氣體的氣密結(jié)構(gòu)不僅能保護(hù)敏感元件，還能減少溫度突變對元件的沖擊，起到緩沖溫度變化的作用。SUS630 材質(zhì)的液體接觸部位具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，其熱膨脹系數(shù)與內(nèi)部元件匹配度高，可減少溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力，避免因結(jié)構(gòu)形變導(dǎo)致的測量誤差。
此外，傳感器的保護(hù)等級達(dá)到 IP45，能有效防止高溫環(huán)境中的水汽、粉塵等雜質(zhì)侵入，間接保障補償系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
通過上述多重補償機制，PHF-S-20MPS3B 在高溫環(huán)境下仍能保持的測量性能。其非線性誤差控制在 ±0.3% RO 以內(nèi)，滯后誤差不超過 ±0.2% RO，即使在溫度劇烈變化的工況中，也能有效抑制誤差累積，滿足工業(yè)級高精度測量需求。
該傳感器廣泛應(yīng)用于化工反應(yīng)釜、機械加工設(shè)備、制鐵工業(yè)窯爐等高溫壓力測量場景。在測量油壓、高溫氣體壓力等工況中，其寬溫補償范圍與高可靠性尤為突出。
當(dāng)用于測量氣壓時，配合保護(hù)罩使用可進(jìn)一步提升環(huán)境適應(yīng)性。150% 的安全過載能力則能應(yīng)對高溫工況下的壓力沖擊，延長設(shè)備使用壽命。
PHF-S-20MPS3B 通過 “壓阻效應(yīng) + 惠斯通電橋" 的核心工作原理實現(xiàn)壓力信號轉(zhuǎn)換，依托 “內(nèi)置補償電阻 + 電橋線路補償 + 結(jié)構(gòu)材質(zhì)優(yōu)化" 的三重溫度補償機制，成功解決了高溫環(huán)境下的測量精度難題。其氣密結(jié)構(gòu)、SUS630 材質(zhì)與屏蔽電纜的設(shè)計，共同構(gòu)建了高溫工況下的穩(wěn)定工作體系。
使用過程中，建議嚴(yán)格遵循額定激勵電壓范圍，避免超溫、超壓使用；定期檢查電纜與接頭狀態(tài)，測量器一側(cè)接頭的允許溫度范圍為 - 25～85℃，需注意與傳感器主體的溫度適配；避免在氫氣環(huán)境中使用，防止敏感元件受損。
更新時間：2025-12-11
點擊次數(shù)：75
當(dāng)前位置：