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压力传感器在现代测量与自动化中的发展趋势

时间:2021-10-28 点击次数:

传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一。从宇宙开发到海底探索,从生产过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器。因此,许多国家非常重视传感器技术的发展。国内的传感器发展也很迅速,有几家公司也是国内研发设计传感器老品牌了,例如,深圳市力准传感技术有限公司所研发的压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、集成方便等优点。可广泛应用于压力、高度、加速度、液体流量、流量测量和控制。此外,它还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗等领域。由于该技术是平面工艺和三维加工的结合,易于集成,可用于制造血压计、风速计、水速计、压力表、电子秤和自动报警装置。压力传感器已成为各种传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的传感器。因此,从事现代测量和自动控制的技术人员必须了解和熟悉国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。

现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,半导体传感器的发展可分为四个阶段:

(1)发明阶段(1945-1960年):这一阶段主要标志着1947年双极性晶体管的发明。此后,半导体材料的这一特性得到了广泛的应用。史密斯和1945发现,当外力作用于半导体材料时,其电阻会发生显著变化。压力传感器根据这一原理,将应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转换为电信号进行测量。目前最小尺寸约1cm。

(2)技术发展阶段(1960-1970年):随着硅扩散技术的发展,技术人员选择合适的晶体直接在晶体表面扩散应变电阻,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜,称为硅杯[3]。硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、集成方便等优点。

(3)商业综合加工阶段(1970-1980年):硅的各向异性腐蚀技术应用于硅杯扩散理论。扩散硅传感器的加工工艺主要是硅的各种异性腐蚀技术,已发展成为可自动控制硅膜厚度的各向异性加工技术[4],主要包括V型槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化自动中止法和微机控制自动中止法。由于多个表面可同时腐蚀,数千个硅压膜可同时生产,实现了工厂的综合加工模式,进一步降低了成本。

(4)微机加工阶段(1980年至今):上世纪末出现的纳米技术使微机加工技术成为可能。

结构压力传感器可由计算机控制,线度可控制在微米范围内。该技术可用于加工、蚀刻微米级沟、条、膜,使压力传感器进入微米阶段。

压力传感器的发展趋势。

如今,压力传感器在世界各地的研究领域非常广泛,几乎渗透到各行各业,但总之,主要有以下趋势:

(1)目前市场对小型压力传感器的需求越来越大。这种小传感器可以在极其恶劣的环境中工作,只需要少量的维护,对周围环境影响不大。它可以在不影响人们正常生活的情况下,放置在人体重要器官中收集数据。例如,Entran生产的量程为2~500PSI的传感器直径仅为1.27mm,可放置在人体血管中,不会对血液循环产生很大影响。

(2)集成压力传感器越来越多地与其他测量传感器集成,形成测量和控制系统。集成系统可以提高工艺控制和工厂自动化的运行速度和效率。

(3)由于集成的出现,可以在集成电路中添加一些微处理器,使传感器具有自动补偿、通信、自诊断、逻辑判断等功能。

(4)广泛压力传感器的另一个发展趋势是从机械行业扩展到汽车零部件、医疗器械和能源环境控制系统等其他领域。

(5)标准化压力传感器的设计和制造已经形成了一定的行业标准。

随着硅、微机械加工技术、超大集成电路技术、材料制备和特性研究的发展,压力传感器可应用于光纤传感器的批量生产,在生物医学、微机械等领域具有广阔的应用前景。

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