在各類(lèi)傳感器中壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、成本低、便于集成化的優(yōu)點(diǎn),可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強(qiáng)的測(cè)量與控制。除此以外,還廣泛應(yīng)用于水利、地質(zhì)、氣象、化工、醫(yī)療衛(wèi)生等方面。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一,從宇宙開(kāi)發(fā)到海底探秘,從生產(chǎn)的過(guò)程控制到現(xiàn)代文明生活,幾乎每一項(xiàng)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器,因此, 許多國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視,如日本把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)(計(jì)算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和傳感器) 之一。
由于該技術(shù)是平面工藝與立體加工相結(jié)合,又便于集成化,所以可用來(lái)制成血壓計(jì)、風(fēng)速計(jì)、水速計(jì)、壓力表、電子稱(chēng)以及自動(dòng)報(bào)警裝置等。壓力傳感器已成為各類(lèi)傳感器中技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比最高的一類(lèi)傳感器。因此對(duì)于從事現(xiàn)代測(cè)量與自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員必須了解和熟識(shí)國(guó)內(nèi)外壓力傳感器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)代壓力傳感器以半導(dǎo)體傳感器的發(fā)明為標(biāo)志,而半導(dǎo)體傳感器的發(fā)展可以分為四個(gè)階段: 發(fā)明階段半導(dǎo)體材料的這一特性得到較廣泛應(yīng)用,技術(shù)發(fā)展階段隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的發(fā)展,這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、便于集成化的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了金屬- 硅共晶體,為商業(yè)化發(fā)展提供了可能。 商業(yè)化集成加工階段在硅杯擴(kuò)散理論的基礎(chǔ)上應(yīng)用了硅的各向異性的腐蝕技術(shù),擴(kuò)散硅傳感器其加工工藝以硅的各項(xiàng)異性腐蝕技術(shù)為主,發(fā)展成為可以自動(dòng)控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術(shù),主要有V 形槽法、濃硼自動(dòng)中止法、陽(yáng)極氧化法自動(dòng)中止法和微機(jī)控制自動(dòng)中止法。由于可以在多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行腐蝕,數(shù)千個(gè)硅壓力膜可以同時(shí)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了集成化的工廠加工模式,成本進(jìn)一步降低。微機(jī)械加工階段上世紀(jì)末出現(xiàn)的納米技術(shù),使得微機(jī)械加工工藝成為可能。通過(guò)微機(jī)械加工工藝可以由計(jì)算機(jī)控制加工出結(jié)構(gòu)型的壓力傳感器,其線(xiàn)度可以控制在微米級(jí)范圍內(nèi)。利用這一技術(shù)可以加工、蝕刻微米級(jí)的溝、條、膜,使得壓力傳感器進(jìn)入了微米階段。
光纖壓力傳感器：這是一類(lèi)研究成果較多的傳感器,但投入實(shí)際領(lǐng)域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受壓力作用時(shí)的形變與反射光強(qiáng)度相關(guān)的特性,由硅框和金鉻薄膜組成的膜片結(jié)構(gòu)中間夾了一個(gè)硅光纖擋板,在有壓力的情況下,光線(xiàn)通過(guò)擋板的過(guò)程中會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的改變,通過(guò)檢測(cè)這個(gè)微小的改變量,我們就能測(cè)得壓力的大小。這種敏感元件已被應(yīng)用與臨床醫(yī)學(xué),用來(lái)測(cè)擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管氣球內(nèi)的壓力�？深A(yù)見(jiàn)這種壓力傳感器在顯微外科方面一定會(huì)有良好的發(fā)展前景。同時(shí),在加工與健康保健方面,光纖傳感器也在快速發(fā)展。
電容式真空壓力傳感器E + H公司的電容式壓力傳感器是由一塊基片和厚度為0. 8～2. 8mm的氧化鋁(Al2O3) 構(gòu)成,其間用一個(gè)自熔焊接圓環(huán)釬焊在一起。該環(huán)具有隔離作用,不需要溫度補(bǔ)償,可以保持長(zhǎng)期測(cè)量的可靠性和持久的精度。測(cè)量方法采用電容原理,基片上一電容CP 位于位移最大的膜片的中央,而另一參考電容CR 位于膜片的邊緣,由于邊緣很難產(chǎn)生位移,電容值不發(fā)生變化,CP 的變化則與施加的壓力變化有關(guān),膜片的位移和壓力之間的關(guān)系是線(xiàn)性的。遇到過(guò)載時(shí),膜片貼在基片上不會(huì)被破壞,無(wú)負(fù)載時(shí)會(huì)立刻返回原位無(wú)任何滯后,過(guò)載量可以達(dá)到100 %,即使是破壞也不會(huì)泄漏任何污染介質(zhì)。因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
耐高溫壓力傳感器新型半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC) 的出現(xiàn)使得單晶體的高溫傳感器的制作成為可能。這種傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是PN 結(jié)泄漏電流很小,沒(méi)有熱匹配問(wèn)題以及升溫不產(chǎn)生塑性變型,可以批量加工。Ziermann ,Rene 報(bào)導(dǎo)了使用單晶體n 型β- SiC 材料制成的壓力傳感器,這種壓力傳感器工作溫度可達(dá)573K,耐輻射。在室溫下,此壓力傳感器的靈敏度為20. 2muV/ VKPa。
硅微機(jī)械加工傳感器在微機(jī)械加工技術(shù)逐漸完善的今天,硅微機(jī)械傳感器在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。而隨著微機(jī)械傳感器的體積越來(lái)越小,線(xiàn)度可以達(dá)到1～2mm ,可以放置在人體的重要器官中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集Hachol ,Andrzej ;dziuban ,Jan Bochenek 報(bào)導(dǎo)了一種可以用于測(cè)量眼球的眼壓計(jì),其膜片直徑為1mm。在內(nèi)眼壓為60mmHg 時(shí),靜態(tài)輸出為40mV ,靈敏度系數(shù)比較高。
具有自測(cè)試功能的壓力傳感器為了降低調(diào)試與運(yùn)行成本,Dirk De Bruyker 等人報(bào)導(dǎo)了一種具有自測(cè)試功能的壓阻、電容雙元件傳感器,它的自測(cè)試功能是根據(jù)熱驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行的,該傳感器尺寸為1. 2mm ×3mm ×0. 5mm ,適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 。
多維力傳感器六維力傳感器的研究和應(yīng)用是多維力傳感器研究的熱點(diǎn),現(xiàn)在國(guó)際上只有美、日等少數(shù)國(guó)家可以生產(chǎn)。在我國(guó)北京理工大學(xué)在跟蹤國(guó)外發(fā)展的基礎(chǔ)上,又開(kāi)創(chuàng)性的研制出組合有壓電層的柔軟光學(xué)陣列觸覺(jué),陣列密度為2438tactels/ cm2 ,力靈敏1g ,結(jié)構(gòu)柔性很好,能抓握和識(shí)別雞蛋和鋼球,現(xiàn)已用于機(jī)器人分選物品。
當(dāng)今世界各國(guó)壓力傳感器的研究領(lǐng)域十分廣泛,幾乎滲透到了各行各業(yè),但歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)趨勢(shì):小型化目前市場(chǎng)對(duì)小型壓力傳感器的需求越來(lái)越大,這種小型傳感器可以工作在極端惡劣的環(huán)境下,并且只需要很少的保養(yǎng)和維護(hù),對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響也很小,可以放置在人體的各個(gè)重要器官中收集資料,不影響人的正常生活。如美國(guó)Entran 公司生產(chǎn)的量程為2～500PSI 的傳感器,直徑僅為1. 27mm ,可以放置在人體的血管中而不會(huì)對(duì)血液的流通產(chǎn)生大的影響。 集成化壓力傳感器已經(jīng)越來(lái)越多的與其它測(cè)量用傳感器集成以形成測(cè)量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過(guò)程控制和工廠自動(dòng)化中可提高操作速度和效率。廣泛化壓力傳感器的另一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展,例如:汽車(chē)元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。更多壓力傳感器知識(shí)及報(bào)價(jià)資訊盡在現(xiàn)代豪方傳感器之家！
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