压力传感器的EMC结构设计浅谈

压力传感器的 EMC 结构设计浅谈
摘要：所有电气和电子设备都伴随着电压和电流的间歇性或连续变化而工作，工作状态下电流、电压等参数可能会发生非常快速的变化，这样瞬变的电压和电
流便会在不同频率或波段内产生变化的电磁能量，这些变化的电磁能量会通过自
有环境向四周的空间扩散，自由空间中的电磁能量变回通过设备内部的导体耦合
到电子元器件中，从而对设备的工作产生影响。

越多的设备工作就会产生越复杂
的电磁环境。

EMC设计是现代电气、电子设备内部电路设计的重要组成部分。

根
据EMC的基本原理，EMC结构设计应充分考虑屏蔽设计、接地设计、间隙和孔洞
的处理等因素。

本文对压力传感器EMC的结构设计要点进行了分析和探讨。

关键词：压力传感器EMC；结构设计；电磁屏蔽；
在现代社会中各种压力传感器被广泛应用，其使用场合和数量密度也越来越高。

因此，压力传感器经常受到其他电子设备的各种电磁干扰，如无线通信、数
字通信、数字测量、电源高次谐波、工频电源等方面。

在这种情况下，在压力传
感器的结构设计初期阶段必须认真考虑电磁兼容设计，以保证压力传感器在各种
复杂电磁环境下的正常运行、准确的数据测量和传输。

如果忽略这个问题，在使
用压力传感器时就会暴露出干扰问题，如因电磁干扰而导致压力传感器工作不正常、输出数据发生变化、数字压力传感器频繁重启等。

1.
EMC结构设计的理论基础
EMC有两个含义。

首先，该设备能够抵抗由设备连接线路感应并传导进入设
备内部电路或直接由设备内部电路接收到的干扰并正常工作(EMS)。

其次是由设
备内部正常工作所导致的电压电流变化而在内部电路或与外部连接的导线上发出
的电磁干扰不会超过一定的量级从而影响其他设备的正常运行(EMI)。

由于压力
传感器自身很少产生高能或高频电磁干扰波，因此对于压力传感器的EMC设计主
要集中在EMS部分。

EMS通过不同的耦合传播途径又可分为辐射和传导，传导部分的能量主要通过设置相关电感、电容、TVS管等电路方式进行消除。

本文则着重对与结构设计相关的辐射部分干扰进行介绍。

EMS的信号辐射是通过外壳的裂缝、沟槽、孔洞或其他孔进入传感器内部，通过自由空间方式对内部电路产生影响。

对于这种自由空间辐射所产生的电磁、电场干扰最有效可行的手段便是屏蔽与接地。

1.1屏蔽
电磁屏蔽是通过屏蔽金属板、网、罩、盒等物体来防止或减少电磁波传播的一种结构措施。

电磁屏蔽、静电屏蔽和磁屏蔽是日常设计中常用到的屏蔽设计，当需对电子设备的结构进行设计时，设计人员应依照产品所需的抗干扰等级从上面的三个方面进行考虑，应用各种不同材质屏蔽材料的屏蔽特性以及电磁波波长和强度等方面进行电磁兼容性设计。

1.2接地
在电磁兼容的设计中接地是一个非常关键的项目，接地的可靠性将直接影响整个外观结构屏蔽效果，这是因为在外壳起到屏蔽效果时，会将自有空间中的变换的磁能变为电能进行衰减，而转变为电能后则需要一个泄放的通道，而接地的好坏则直接影响到这个通道是否能有效、快速的对电能进行泄放。

同时我们也应该根据不同的电路以及电路工作参数选择不同的接地方式。

一般电路的接地方式一般有以下几种：1、单点串联式、2、单点并联式、3、多点接地式。

不同的接地方式会对内部电路产生不同的影响，如内部有高速信号时则建议采用单点接地样式，减少地对信号的影响。

但各种分离的地最后应在一处合一接地，从而较好的抑制电磁噪声，减少外接或电路自身信号之间的干扰。

2、压力传感器屏蔽设计的基本原则
在连续的屏蔽体上开孔会造成电磁屏蔽的不连续性，为电磁干扰提供路径，因此屏蔽体结构应尽可能简单，减少不同结构件之间的缝隙，并做好缝隙处的等电位连接。

影响孔屏蔽效果的结构因素主要包括孔的最大尺寸、孔的深度、开孔的数量
和各洞孔之间的距离。

由于电磁波的特性，其在自有空间中的传播是具有一定的
方向性，而穿过孔洞时材料所产生屏蔽的屏蔽效能与孔的最大尺寸有关，在设计中，我们应避免长条孔、方形孔，而多采用圆孔，这正是因为电磁波的方向性，
圆形孔各方向上长度一致对各种方向电磁波的屏蔽效能也一致，而方形孔对角线
比边长上很多，因此与对角线方向相同的电磁波更容易通过外壳进入到设备内部，而长条孔则更不用叙述了。

当必须要设计长条孔以方便设备散热时，我们可通过
多布置小型圆孔来实现同样的效果。

屏蔽结构的有效性影响因素差距主要包括:最大大小的缺口，缺口的深度，
安装屏蔽材料的缺口，缺口的屏蔽效能也取决于屏蔽材料本身的特点。

缝隙的长度、缝隙的间距、缝隙处紧固件的设置距离、结构结合表面的精度、结构结合面
的强度等因素均会对屏蔽效能产生，设计时应当注意。

3、压力传感器的EMC结构设计
第2段的电磁屏蔽体被认为是一个完全封闭的屏蔽体，即其电性连续均匀，
无气孔。

但在现实中，这种屏蔽体并不存在。

在现实中，所有底盘都有间隙，对
电没有连续，导致屏蔽效能降低。

这里有一些基本的做法，用于压力传感器的结
构设计:
3.1 结构所使用的材料的选择
1)电场屏蔽结构设计的材料使用多为良性导体，反射是电场屏蔽最常用的方式，如铜、铝等均是性能较为优异的电场屏蔽材料。

2)屏蔽磁场需要铁磁性材料，如高磁导合金和铁。

主要屏蔽机制是吸收而不
是反射。

3)在强电磁场环境下，可以使用结构完整的铁磁性材料，而材料的屏蔽效能
与厚度、接地方式、搭接方式等相关。

4)一些对压力传感器重量有要求的场合我们也可以使用内壁喷涂有屏蔽层的
塑料材质或直接使用导电塑料。

但在设计中必须尽量减少结构的电气中断，特别
是塑料材质与金属材质之间的电气连接的连贯性，可通过在连接面添加导电垫、
减小螺钉间距等方式进行设计。

3.2 结构组件的缝隙
不同结构件之间的各类接缝和间断处应尽量重叠，防止电磁能量泄漏和辐射。

尽量使用焊接。

如果条件有限，可以使用点焊，在空间比较局促的地方也可使用
多个金属螺丝进行固定。

用螺丝搭接，应该是中间的缝头重叠，然后逐渐扩展到
两端。

“使用指形压力弹簧(而不是网垫)”，选择传导率高、弹性好、坚韧的材
料垫。

在选择垫片时，要考虑接头使用的频率，确保与垫片匹配的金属表面没有
不导电保护层；在铝表面使用导电橡胶垫片时，要注意电化学腐蚀。

纯银填料的
橡胶衬层或线形衬层的电化学腐蚀最为严重。

镀银铝钎料导电胶是盐雾环境下铝
合金表面的最佳基材。

3.3 表头孔的屏蔽
有些需要现场指示查看数值的压力传感器还安装了一个显示表头，这需要在
外壳上开相应尺寸的孔。

为防止泄漏的电磁能量头孔结构有两种方法可以选择:
1)额外的屏蔽的头，和面板和主体结构之间加入导电垫来减少差距，改善电
接触。

2)在显示开窗处覆盖导电玻璃，必须保证玻璃的导电层与金属外壳或接地之
间有良好的电接触，并且是360°环形接触。

4结束语
电磁兼容性(EMC)在传感器设计是非常重要的。

本文所述方法是从压力传感
器结构设计方面考虑的，涉及屏蔽材料、结构设计等相关问题。

在产品屏蔽结构
设计中，应充分与产品的其他部分人员良好沟通，避免费时费钱的返工，从而达
到最佳的设计效果。

参考文献
1.
郑玮玮,刘学观,赵光霞. 微压力传感器参数设计及灵敏度分析[J]. 仪表技术与传感器,2011,(7):15-17.。