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    壓力傳感器在現代測量與自動化中的發展趨勢

    時間:2021-10-28 點擊次數:

    傳感器技術是現代測量和自動化系統的重要技術之一。從宇宙開發到海底探索,從生產過程控制到現代文明生活,幾乎每一項技術都離不開傳感器。因此,許多國家非常重視傳感器技術的發展。國內的傳感器發展也很迅速,有幾家公司也是國內研發設計傳感器老品牌了,例如,深圳市力準傳感技術有限公司所研發的壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低、集成方便等優點??蓮V泛應用于壓力、高度、加速度、液體流量、流量測量和控制。此外,它還廣泛應用于水利、地質、氣象、化工、醫療等領域。由于該技術是平面工藝和三維加工的結合,易于集成,可用于制造血壓計、風速計、水速計、壓力表、電子秤和自動報警裝置。壓力傳感器已成為各種傳感器中技術最成熟、性能最穩定、性價比最高的傳感器。因此,從事現代測量和自動控制的技術人員必須了解和熟悉國內外壓力傳感器的研究現狀和發展趨勢。

    現代壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標志,半導體傳感器的發展可分為四個階段:

    (1)發明階段(1945-1960年):這一階段主要標志著1947年雙極性晶體管的發明。此后,半導體材料的這一特性得到了廣泛的應用。史密斯和1945發現,當外力作用于半導體材料時,其電阻會發生顯著變化。壓力傳感器根據這一原理,將應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉換為電信號進行測量。目前最小尺寸約1cm。

    (2)技術發展階段(1960-1970年):隨著硅擴散技術的發展,技術人員選擇合適的晶體直接在晶體表面擴散應變電阻,然后在背面加工成凹形,形成較薄的硅彈性膜,稱為硅杯[3]。硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定性好、成本低、集成方便等優點。

    (3)商業綜合加工階段(1970-1980年):硅的各向異性腐蝕技術應用于硅杯擴散理論。擴散硅傳感器的加工工藝主要是硅的各種異性腐蝕技術,已發展成為可自動控制硅膜厚度的各向異性加工技術[4],主要包括V型槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化自動中止法和微機控制自動中止法。由于多個表面可同時腐蝕,數千個硅壓膜可同時生產,實現了工廠的綜合加工模式,進一步降低了成本。

    (4)微機加工階段(1980年至今):上世紀末出現的納米技術使微機加工技術成為可能。

    結構壓力傳感器可由計算機控制,線度可控制在微米范圍內。該技術可用于加工、蝕刻微米級溝、條、膜,使壓力傳感器進入微米階段。

    壓力傳感器的發展趨勢。

    如今,壓力傳感器在世界各地的研究領域非常廣泛,幾乎滲透到各行各業,但總之,主要有以下趨勢:

    (1)目前市場對小型壓力傳感器的需求越來越大。這種小傳感器可以在極其惡劣的環境中工作,只需要少量的維護,對周圍環境影響不大。它可以在不影響人們正常生活的情況下,放置在人體重要器官中收集數據。例如,Entran生產的量程為2~500PSI的傳感器直徑僅為1.27mm,可放置在人體血管中,不會對血液循環產生很大影響。

    (2)集成壓力傳感器越來越多地與其他測量傳感器集成,形成測量和控制系統。集成系統可以提高工藝控制和工廠自動化的運行速度和效率。

    (3)由于集成的出現,可以在集成電路中添加一些微處理器,使傳感器具有自動補償、通信、自診斷、邏輯判斷等功能。

    (4)廣泛壓力傳感器的另一個發展趨勢是從機械行業擴展到汽車零部件、醫療器械和能源環境控制系統等其他領域。

    (5)標準化壓力傳感器的設計和制造已經形成了一定的行業標準。

    隨著硅、微機械加工技術、超大集成電路技術、材料制備和特性研究的發展,壓力傳感器可應用于光纖傳感器的批量生產,在生物醫學、微機械等領域具有廣闊的應用前景。

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