气压高度传感器是什么？如何选择？
来源：盛思瑞特-叶工
发布时间：2024-7-3
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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。
✦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：
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。
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。
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。
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。
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。
输出数据速率：数据采样的速率。
带宽：可以采样而不产生混叠的最高频率信号。
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。
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
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。
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
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