请问如何判断是否应使用组合式传感器？

刘工在呢 · 发表于 2020-6-15 13:55

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执行多种功能的传感器 - 比如提供温度输出的压力传感器或同时监测温度和相对湿度的传感器 - 可以为各个行业的设计师提供许多好处。其中，力图减小设备尺寸以提高便携性的医疗设备设计师尤其青睐节省电路板空间这一优势；HVAC暖通空调设备的设计师则非常欢迎设备中更少的外部互连（它们是造成性能损失的潜在来源）带来的更高可靠性。绝大多数的设计师都喜欢“一个传感器实现原先两种传感器的功能”这一设计理念，因为这意味着产品的测试和校准工作量大幅降低。设计师们通过设计阶段的比较，可以确定与两个独立传感器相比，一个组合式传感器是否具有更大的优势。

设计师在判定某个应用是否应使用组合式传感器时，应考虑以下几点：
　　- 电路板尺寸和可用空间
　　- 精度和可靠性
　　- 设计和生产总成本
　　电路板尺寸和可用空间
　　选择一个组合式传感器来代替两个独立传感器的最明显优势也许就是“在单个传感器尺寸的封装中可以提供更多的功能”。在电路板空间有限的情况下，在一个SOIC-8 SMD封装中提供两路输出（例如霍尼韦尔HumidIcon™数字温湿度传感器）是一个非常大的优势。但是，如果设计师希望在外部测量温度或相对湿度，一个SOIC-8 SMD封装是不够的，还需增加一个尺寸至少为SOT23的封装。
　　借助在整个温度范围内进行校准、温补和放大的传感器可以减少PCB板上信号调理所需要的元件数量，从而可进一步节省空间并降低重量。通过为传感器添加一个数字接口选件，设计师还可以去掉电路板上的外部电阻、电容和放大器。数字接口可以提供一条从传感器到微处理器的直接信号通道，可额外节省电路板空间，并减少因PCB板上存在多个信号调理元件而可能导致的问题。
　　但是，并非所有应用都适合采用组合式传感器。比如，湿度传感器和温度传感器并不处于相同的过程温度下，或进行温度测量的地方和电路板上湿度传感器所在位置之间有一定的距离，就不适合使用多功能温度和相对湿度传感器。在上述两种情况下，有必要使用两个独立的传感器。
　　精度和可靠性
　　只要向电路板上增加一个元件，外部互连个数以及潜在信号故障源就都会增加，从而降低系统的整体可靠性。而组合式传感器可以提供比多个独立传感器更高的可靠性，因为它们具有更少的可能损坏的零部件和连接点。同样，如上文所述，使用数字接口选件可以减少电路板上的元件个数以及可能发生信号错误的连接点。
　　总误差带（TEB）是传感器可靠性的真正度量指标。除精度以外，TEB考虑到了决定传感器可靠性的所有因素。TEB越小，传感器在避免独立传感器测试和校准、支持系统精度、优化系统正常运行时间和提供卓越的传感器互换性方面就越好。作为参考，霍尼韦尔HumidIcon™数字式温湿度传感器具有±5 %RH的总误差带和±4 %RH的精度等级。略高的总误差带反映了对精度以外其他因素的考虑。平均无故障时间（MTTF）也可用来确定传感器的可靠性。由于传感器的质量、可靠性和精度各不相同，因此设计师在选择组合式传感器时，对性能规格、产品质量和制造商的声誉进行详细评估是非常重要的。
　　对于需要最高精度等级的应用，如果一个组合式传感器无法满足应用的总体精度容差，那么就有必要使用两个独立的传感器。单一功能的相对湿度传感器通常具有±3 %RH到±3.5 %RH的精度等级。
　　设计和生产总成本
　　在许多情况下，集成传感器比多个独立传感器更加节省实际生产成本和应用成本。
　　实际生产成本的节省取决于传感器及其功能、I/O（输入/输出）模式。以组合式温湿度传感器为例，它可以对相对湿度（RH）测量值进行温度补偿并提供第二路独立的温度输出 - 为用户提供两路输出。因此在使用集成传感器来代替两个数字I/O传感器时可节省成本。
　　组合式传感器所节省的应用成本可能远远大于节省的实际生产成本。在研究、购买、安装和测试多个传感器（这些传感器可能来自不同的制造商）方面节省的时间都有助于提高生产效率。由于无需进行补偿和校准，设计师通常可以提前进行资本密集型测试过程，最终实现更短的生产周期。另外，生产效率优势也适用于已安装应用，因为单个传感器具有更少的互连点（潜在的故障源）。
　　在要求苛刻的设计应用中，组合式传感器是一个非常有用的工具，既能缩短设计、测试和安装时间，又能提供可靠的输出。在电路板空间有限的应用中，组合式传感器的上述优势尤其显著。
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