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在各類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。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、電子稱以及自動(dòng)報(bào)警裝置等。壓力傳感器已成為各類傳感器中技術(shù)*成熟、性能*穩(wěn)定、性價(jià)比的一類傳感器。因此對(duì)于從事現(xiàn)代測(cè)量與自動(dòng)控制專業(yè)的技術(shù)人員必須了解和熟識(shí)壓力傳感器的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)。

壓力傳感器的發(fā)展歷程

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：

1.發(fā)明階段（1945-1960年）

這個(gè)階段主要是以1947年雙極性晶體管的發(fā)明為標(biāo)志。此后，半導(dǎo)體材料的這一特性得到較廣泛應(yīng)用。史密斯（C.S.Smith）于1945發(fā)現(xiàn)了硅與鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)有外力作用于半導(dǎo)體材料時(shí)，其電阻將明顯發(fā)生變化。依據(jù)此原理制成的壓力傳感器是把應(yīng)變電阻片粘在金屬薄膜上，即將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。此階段*小尺寸大約為1cm。

2.發(fā)展階段（1960-1970年）

隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員在硅的（001）或（110）晶面選擇合適的晶向直接把應(yīng)變電阻擴(kuò)散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成較薄的硅彈性膜片，稱為硅杯。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。

3.商業(yè)化階段（1970-1980年）

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。

4.微機(jī)械加工階段（1980年-今）

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。

壓力傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

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)：

1.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)周圍的環(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。

2.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。

3.智能化

由于集成化的出現(xiàn)，在集成電路中可添加一些微處理器，使得傳感器具有自動(dòng)補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。

4.廣泛化

壓力傳感器的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展，例如：汽車元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。

4.標(biāo)準(zhǔn)化

傳感器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如ISO質(zhì)量體系；美國(guó)的ANSI、ASTM標(biāo)準(zhǔn)；俄羅斯的TOCT；日本的JIS標(biāo)準(zhǔn)。

原創(chuàng)作者：深圳市賽德力檢測(cè)設(shè)備有限公司

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淺析壓力傳感器的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)
閱讀次數(shù)：9311 發(fā)布時(shí)間：2018/6/7 9:28:13

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