引言
本应用笔记的目的是提供系统和硬件集成指南，用于将 LPS33HW 防水压力传感器集成到客户的最终应用中。
本文档没有修改官方数据手册的内容。请参考数据手册获取参数说明

1 系统集成性
将 LPS33HW 压力和温度传感器集成到应用系统，例如便携式设备（PD）（例如智能手机和可穿戴设备）、气象站或工业工具中时，应不损害传感器性能。在执行系统集成时，可以考虑主要的机械和几何参数以及影响传感器性能的因素，从而优化这些参数。



LPS33HW 具有防水功能，可以承受水压而不会损坏，并且在受到水压之后可以恢复。在智能手表和手环等防水应用环境中，常见的设计原则是，压力传感器与外部环境通过一个孔进行连通，并利用适当的柱形外壳和 O 型圈（如图 1.b 中所示）使其与置于密封外壳中的其他器件隔离开。在下一段中提供了更详细信息。
为了获得可靠且一致的测量结果，必须确定机械设计中涉及的所有参数规格，以实现对空气超压和水压的稳定性，使传感器能够尽可能暴露于外部环境，并获得最快的响应时间，从而符合要求达到的设计规范。被监测环境条件的每次变化都会反映在传感器测量中，在气压和温度快速变化的情况下也是如此。因此，设计集成必须保证环境条件与感应区域的条件相互匹配，无论在“稳定状态”（静态条件）下还是在动态条件下。
被测条件和传感区域周围条件之间的偏差还受到热源（由于靠近传感区域的其他设备或传感器本身的散热）的影响。温度变化十分重要，因为它不仅影响温度，还会导致压力偏差，并使系统响应速度变慢。
基于上述考虑，设计优化包括确定：
• 传感器在系统中的位置
• 传感器的实施例和防护
• （恶劣环境下）传感器室提供的防尘、防水或化学溶剂防护
本文档的下一小节将进一步描述上述要素。
2 机械设计规则
对于机械设计，以下章节描述了主要的限制和需要考虑的特性，并提供了一组良好设计实践的基本规则，能够将传感器成功集成到最终应用环境中。

2.1 传感器放置
传感器的放置直接影响传感器与环境的关联、热传导机制和机械应力的性能。

2.1.1 环境暴露
一个关键设计原则是使压力传感器能最大限度地暴露于环境，进行气压和温度的测量。换句话说，传感器必须要这样放置，要能够对环境条件的快速变化作出反应，并且能够随着环境动态变化提供可靠测量。
压力传感器的集成设计会明显影响整体响应时间。通常，设计目标是匹配数据手册的压力传感器性能。建议使用下面的指南，并参考图 2. 压力传感器集成和外壳参考建议来实现这一目标：
1. 以实现与被测环境的最佳关联为目标放置传感器，并尽可能靠近通风孔
2. 空气不流动的体积较大，会增加响应时间，对压力响应时间的贡献/延迟更大。因此，建议尽可能减少该空间体积，尝试在传感器周围形成定制外壳。
3. 通风孔应尽可能大。
4. 通风孔的深度必须尽可能小。
作为系统集成设计的参考，图 2. 压力传感器集成和外壳参考描述了上述建议的示例。





2.1.2 用于密封的 O 型圈
在可穿戴和便携式应用中，为了避免水或其他液体直接进入到客户应用的 PCB 或其他区域，需要添加一个密封机制（如 O 型圈），如图 2. 压力传感器集成和外壳参考中所示。对于这样的应用，LPS33HW 提供了置于凹槽位置（金属盖的中间部分）的 O 型圈来密封和保护实施例。模拟结果表明，通过应用图 4. LPS33HW 放置 O 型圈的凹槽，LPS33HW 上应用 O 形环的模拟中的几何形状，直径为 1mm 的 O 型圈与两个接触面（LPS33HW 的盖子和塑料实施例）之间的表面接触压力为 1.45Mpa。因此，可以确保密封，直至流体静压力小于接触压力（即 10 bar（1Mpa）≤1.45MPa）。




O 型圈的厚度需要根据器件规格进行调整，以适应其外壳，并施加一个能抵抗 10bar 流体压力的密封力。建议使用由内径为 1.15 mm（例如厚度为 1.0±0.03 mm）至 1.8 mm（例如厚度为 0.8±0.03 mm）的丁腈橡胶 70 肖氏 A 制成的 O 型圈。O 型圈的选择取决于客户应用的几何形状，特别是圆柱形外壳几何形状。上面提供的有关 O 型圈的信息仅作为一般信息给出，不能视为适用于所有客户应用。

2.1.3 热传导
传感器附近存在的热源会改变气压和温度测量值，并在感应区域周围形成温差，影响静态和动态条件下的正确测量，从而降低传感器性能。
从物理角度而言，这些局部热源相当于与 LPS33HW 热模型并联的热容器，并且它们可能影响局部温度，使之不同于环境温度。
根据热源位置和热传导机制，我们可以区分出不同的传导机制，如以下段落所述。

2.1.3.1 热对流
传感器周围的局部热源可能通过热辐射影响气压和温度测量。
典型热源如下：
• 靠近压力传感器的其他传感器和器件
• 电源管理器件
• 处理器和微控制器
• LCD 显示器，尤其会在环境和系统内部空气不流动空间之间产生显著的温差
因此，必须将传感器放置在与这些热源相隔正确距离的位置，并保证合适的隔热措施，建议按照图 5. 为保护传感器实施的隔热措施中的描述，在实施例内部采用隔热结构。使用柔性 PCB 将压力传感器置于远离主板处，并将LPS33HW 放置在尽可能靠近外部环境的位置。




如传感器外壳截面图图 6. 传感器外壳顶视图：左侧为具有隔热措施的正确设计，右侧为错误设计所示，左侧为有隔热结构的正确设计；热源远离传感器且热防护结构位于中间。右侧描述了错误设计，附近元件的热辐射会导致传感器发热。





冷却通道解决方案不适用于防水应用。要着重强调的是，LPS33HW 具有嵌入式二次补偿功能，可以最大限度地降低温度对压力测量的影响。本文中，建议的设计只是引入了一个隔热层，但没有冷却通道。

完整版请查看：附件
AN5063 LPS33HW 数字压力传感器：系统集成指南.pdf (2.62 MB, 下载次数: 2)

2023-4-22 15:27 上传

点击文件名下载附件