预集成传感器，有效降低成本和设计风险 传感器, 成本

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作者：霍尼韦尔传感与控制部Valerie Rothermel Nelson

用来监测或控制系统的传感元件，要求精确性、可靠性和支持实际应用输入，这在产品开发周期中是最具挑战性的工作之一。因此，许多设计人员现在都毫不犹豫地选择购买现成产品，或是定制预集成传感器模块。

把大部分设计、测试和制造传感元件的任务，委托给第三方供应商去做，可以最大限度地利用工程设计团队的有限资源，缩短产品上市时间。尽管如此，仍然有许多关键决策需要由设计人员把握，而且这些关键决定将会对产品性能、可靠性和成本产生重大影响。

为帮助设计出适合具体应用的最佳系统，首先我们来分析一下预集成的传感元件，特别是不同传感元件可提供的优势，然后还要熟悉一些必须考虑的主要问题。即使是经验丰富的工程师，也不得不承认，针对HVAC系统、医疗设备、过程控制或其他工厂自动化设备的实际应用条件，设计提供精确、可靠数据的传感元件，是产品开发周期中最耗时和最昂贵的工作之一。在很大程度上，这是因为传感器设计是跨学科合作的过程，需要设计团队考虑许多电气、机械和制造工艺问题。

一旦确定了最适合应用的传感元件，就必须决定如何把它与系统的其余部分集成到一起。这个过程包括将传感器与适合的信号调节电路、终端和接口连接器组合配对。接下来，需要决定是否有现成封装能够容纳您的装配件，或是基于应用空间和环境要求，采用定制封装。定制封装可能集成一个或多个传感器及其他元件，以创制更高级别的装配件，如用于血液分析机和呼吸机中、带集成管路的压力传感器。

记住，随着传感器设计的进步，其测试方案也必须与时俱进。您的设计必须确保最终装配件继承到主系统后，产品能够准确可靠的运行。

集成传感器的案例

预集成传感器解决方案变得日益流行，相对于传统的传感器选择和集成过程而言，它是更加经济高效的替代选择。在很多情况下，谨慎选择已知正确的单一封装（可能包括一个或多个传感器、信号调节组件和其他关键组件），有助加速产品开发，减少设计、制造和测试成本。这还可以帮助制造商缩短认证测试的时间，因为只要集成解决方案通过了工业或医疗设备标准的认证；且在设计中选用该方案的开发人员，就不必再为方案的升级产品重新进行认证。

在大部分情况下，由于预集成/预测试传感器组件的单元生产成本和测试成本更低，所以与独立组件相比，用户不仅大大节约成本，还可获得几倍的投资回报。使用预集成传感器解决方案避免了维护和跟踪大量独立组件所需要的开销。

尽管如此，请谨慎选择适合的传感器组件以确保完全满足与性能、操作环境、测试和可靠性相关的应用需求。同样，还要保证传感器厂商提供的封装选项完美适合预期用途。

另一个不是很引人注意的考虑事项是传感器厂商的设计支持水平。在当今盛行的精益企业文化大背景下，大部分公司都倾向于将有限的工程设计资源集中于“人无我有”的产品元件上，而在支持这些特色元件的系统元件上，则采用拿来主义，使用参考设计或是打包的解决方案。

因此，您很有可能需要考量您的工程设计团队需要多大的外力帮助，才能充分实现应用需求、确定潜在的解决方案并客观分析哪种方法能够最好地契合他们的需求。有的时候，增值组件将成为系统差异化特色的核心部分，应在设计方案早期就予以考虑。

所有集成传感器制造商都能提供一定水平的设计支持。小到与随机指派的应用工程师临时上网聊天或互发电子邮件，大到完全成熟的设计团队，在整个设计期间，“嵌入”到了您的工程设计组中。

由于预集成传感器解决方案解决了影响设计、制造和市场运作的问题，很难全面表述它所能够提供的全部优点。最佳的方法之一是通过研究应用实例来管窥一斑。

近期的一个成功案例是这样的，一家制造商找到霍尼韦尔设计团队，想看看是否能够帮助他们降低目前用在气流控制产品中的阀门定位传感元件的成本。一般来说工厂和楼宇自动化系统中常用的标准可编程逻辑控制 (PLC) 信号，来开动和监控阀门。客户对其使用的传统定位传感技术不甚满意（如霍尔效应传感器和磁阻阵列），因为实施起来比较昂贵，而且还需要经常校准。由于在他们的应用不需要由常规传感器提供的增量位置数据，因此他们思考是否有更加经济的方式，能够生产他们所需要的简单的开/关/故障指示信号。



图1霍尼韦尔TruStability电路板安装型传感器可为干燥、潮湿、或干/湿环境应用提供可靠的压力传感输出。

通过与客户设计人员紧密合作，霍尼韦尔增值团队基于TruStability电路板安装型压力传感器，开发出了性能可靠且成本较低的替代解决方案。新方案除整体成本低于之前设计的传感元件外，霍尼韦尔传感器具有更长的使用寿命，为制造商及其客户削减了相应成本。这主要归功于坚固构造和强韧组件，除仅产生低漂移外，霍尼韦尔提供的传感元件在其服务寿命内都能维持高精度。因此，出厂的最终系统经过预先校准，免去了许多常规传感技术所要求的昂贵的初始设置和定期重新校准。