气压高度传感器是什么？如何选择？

引言：气压计已经越来越多地被用于智能手机，平板电脑和可穿戴技术中，并为精准的高度位置监测以及预测性维护等新工业应用打开大门。那该如何根据设计需求选择合适的气压计？关注哪些具体参数？选品上需要考虑哪些技术细节？最新的气压计组合有哪些？气压计又有什么新的应用方向？通过本文介绍，希望您能获得必要的信息，为下一个设计匹配出最理想的气压计。

了解3种压力测量方法及4种制作技术，选择合适自己设计的那款

气压计用于检测气体或液体的气压。作为一种换能器，气压计将所施加的气压转换成模拟或数字输出信号，通常根据气压测量类型以及压敏技术进行分类。

测量气压有三种方法：

• 绝压：绝压是相对于理想真空测量的气压。如果把绝对气压计放在空气中，那么传感器将读取该位置的实际气压。因此，绝对气压计受到海拔变化和天气变化等影响。
• 差压：两个气压源之间测得的气压差。
• 表压：当其中一个气压源为环境气压时，测得的气压差就叫做表压。

明确了测压方法后，还需要意识到气压计制作时所采用的不同原理将直接影响到检测的精度、范围、传感器尺寸以及适用的环境。以下是最常用的几种压敏技术：

• ✦压阻式气压计：利用压阻效应,检测施加气压时安装在膜片上的一个或多个电阻的电阻变化。适用于物联网、工业和医疗等所需的通用压力测试。
• ✦压电式气压计：利用压电材料的特性, 检测施加在表面的气压成正比的电荷。

适用于高温环境，比如在喷气发动机上进行高动力压力测量。

✦电容式气压传计：检测由玻璃,陶瓷或者硅制成的膜片运动引起的电容变化来测量气压。同样适用于物联网、工业和医疗所需的通用压力测试

✦光纤气压传计：利用光纤中的光效应。适用于石油天然气、航空航天、国防医疗等恶劣环境。

了解气压计的8个主要参数

除了气压计的基本原理外，您还需要了解相关参数的含义，这也是您选择气压计的主要参考依据：

1. 气压范围或量程：传感器能够测量的气压区间。传感器能承受的过压值，也就是当气压计回到工作范围内时，设备可以承受并保持功能的最大气压，也应该纳入考量范围。
2. 精准度：绝对精度表示气压计输出与实际气压的接近程度。它表示为两个值之间的差值。相对精度则是两次测量之间的误差。
3. 封装：由最终应用环境和大小限制决定。小尺寸，防水封装往往更受青睐。
4. 噪音：简而言之就是与传感器输入变化有关的传感器输出随机变化。
5. 温度系数偏移量：也被称为0压强的温度系数。表示在0气压下偏移量受温度影响的变化值，所以越小越好。
6. 输出数据速率：数据采样的速率。
7. 带宽：可以采样而不产生混叠的最高频率信号。
8. 功耗：对于那些运行在小电池上，以及那些需要尽可能保持电池寿命的应用来说，功耗极其重要。功耗跟ODR和分辨率的选择有很大关系，气压计的RMS 噪音也跟带宽和分辨率有关，所以要权衡功耗的分辨率以适合传感器的应用要求。
9. 当然，还有其他参数，如电源电压工作温度、范围、通信接口等等。

大气压与海拔高度的关系

下面是大气压测量单位：

• psi – 磅/平方英寸
• cm/Hg – 水银柱高（厘米）
• cm/Hg – 水银柱高（英寸）
• Pa – 帕，国际制压力单位(SI) ，1Pa = 1 N/m2
• bar – 巴，气压单位，1 bar = 105Pa
• mbar – 毫巴，1mbar = 10-3 bar

   我们居住在地球大气层的底层，大气压随着海拔高度上升而降低。我们将在59 ℉时的29.92 in/Hg海平面气压规定为标准大气压，这个平均值不受时间影响，而受到测量点的地理位置、气温和气流的影响。

    因此，上述压力单位之间的换算关系是:

      1 个标准大气压= 14.7 psi = 76 cm/Hg = 29.92 in/Hg = 1.01325 bar = 1013.25 mbar

可以用下面的表达式表示大气压与海拔高度之间关系[1]:

其中:

      P0 是标准大气压，等于1013.25 mbar;

      Altitude是以米为单位的海拔高度。

      P是在某一高度的以mbar为单位的气压

图1根据上面的公式描述了大气压变化与海拔高度的关系。

      如图所示，当高度从海平面上升到海拔11,000米高时，大气压从1013.25 mbar降到230 mbar。我们从图中不难看出，当高度低于1,500米时，大气压几乎呈线性降低，每100米大约降低11.2 mbar，即每10米大约降低1.1 mbar。为了取得更精确的高度测量数据，可以在目标应用中构建一个大气压高度查询表，根据压力传感器的测量结果，确定对应的海拔高度。

       如果使用全量程为300 mbar到1100 mbar的绝对MEMS压力传感器，测量高度可达海拔9,165米到海平面以下698米。

应用实例: 利用MEMS传感器确定楼层

   0.1 mbar（10Pa） /rms的测量分辨率使MEMS压力传感器能够发现在1米以内高度变化。因此，在高层建筑内，可以使用压力传感器发现楼层变化。

   图2所示是在意法半导体的意大利Castelletto写字楼内采集到的压力传感器数据。采样速率是7Hz，数据采集时间总计大约23分钟。从图中我们可以清晰地看到大气压在不同楼层的变化。大气压在地下室最高。随着楼层升高，大气压逐渐降低。

对于拥有多层建筑的复杂城市环境而言，目前的GPS技术并不能提供可靠的三维位置数据。但气压计的应用成为一个新的方案，该方案的设计基于气压变化——当人向某一个高度移动时，气压会下降。

如下图所示，在该方案中，首先可穿戴设备或者手机上必须拥有一个优质的气压计，例如：LPS22HH, BMP280/390等，或者工业气压传感器ILPS22QS和ILPS28QSW

其次，在区域范围内多个地方均部署了高度监测站，用于测量局部环境气压，校正天气等影响因素，创建出一个高精度的海拔度数，进而确定该设备所处的精确楼层高度，为地理定位带来全新的能力。该方案可以覆盖全美国4400+县市，90%高于3层的建筑。

北京盛思瑞特代理销售多品牌压阻式气压计，拥有丰富的产品型号选择，包括绝压不防水、绝压防水等类型，适用于手机、无人机、穿戴、手表/手环、运动手表等众多终端智能产品。

用于海拔高度，以及用作天气预测、环境湿温度监测的指标

用于水下设备监测 ，潜水应用等等