在傳感器行業(yè)中，力、溫度、流量是應(yīng)用最為廣泛的幾種傳感器。在當(dāng)今快節(jié)奏的人類社會(huì)里，因科學(xué)及工程技術(shù)的高速發(fā)展，在不同的行業(yè)技術(shù)應(yīng)用中對(duì)經(jīng)典物理量的監(jiān)測(cè)相比以往都出現(xiàn)了更高的頻次和不同維度的應(yīng)用需求。在本文中，通過對(duì)壓阻式壓力傳感器技術(shù)、應(yīng)用、產(chǎn)品的解析，就一些相關(guān)原理與概念做一個(gè)分享。
壓力傳感器
在測(cè)量上所稱“壓力”就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”，反應(yīng)物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)。在壓力測(cè)量中，有表壓、絕壓（絕對(duì)壓力）、負(fù)壓、真空度之分。在工業(yè)中所用的壓力指示值大多為表壓，即絕對(duì)壓力和大氣壓力的差值，所以絕壓就是表壓和大氣壓的和。若測(cè)量壓力低于大氣壓，則稱為負(fù)壓或真空度。
測(cè)量壓力的傳感器在工作原理上分為壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、壓磁式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、霍爾式壓力計(jì)等。
壓阻式壓力傳感器
半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器在實(shí)際應(yīng)用中被稱為壓阻式壓力傳感器，壓阻式壓力傳感器在早期利用半導(dǎo)體應(yīng)變片粘貼在彈性體上制成。上世紀(jì)70年代后期，研制出了周邊固定的力敏電阻和硅膜一體化的擴(kuò)散型壓阻式壓力傳感器，克服了粘貼帶來的滯后、蠕變及固有頻率較低和集成化困難的缺點(diǎn)，且把應(yīng)變電阻條和誤差補(bǔ)償、信號(hào)調(diào)理等電路集成在一塊硅片上。
壓阻式壓力傳感器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、易集成，擁有超高的靈敏度和分辨率，適合對(duì)微小壓力進(jìn)行檢測(cè)。但由于它采用半導(dǎo)體硅材料制成，對(duì)溫度敏感，如不采用溫度補(bǔ)償，溫度誤差會(huì)很大。
壓阻式壓力傳感器應(yīng)用
由于壓阻式壓力傳感器具備一系列優(yōu)點(diǎn)，在航天、航海、石油化工、醫(yī)療設(shè)備、氣象、軍事裝備中都得到了廣泛應(yīng)用。
2020年新冠病毒在全球蔓延，全球市場(chǎng)對(duì)呼吸機(jī)、制氧機(jī)、血壓計(jì)等醫(yī)療設(shè)備的需求呈井噴式爆發(fā)，其中壓阻式壓力傳感器就是呼吸機(jī)中的關(guān)鍵部件。在家用型呼吸機(jī)、醫(yī)療型呼吸機(jī)、高精度血壓計(jì)等應(yīng)用中，壓阻式壓力傳感器一度出現(xiàn)了供不應(yīng)求、甚至斷貨的情況。
壓阻式壓力傳感器產(chǎn)品
壓阻式壓力傳感器工藝復(fù)雜，對(duì)傳感器的制造工藝要求苛刻。當(dāng)前市場(chǎng)上國產(chǎn)產(chǎn)品較少，多為進(jìn)口。所幸國產(chǎn)產(chǎn)品雖少，但不是沒有，而且就性能參數(shù)與技術(shù)實(shí)力來看，并不比進(jìn)口產(chǎn)品差。下面列舉兩款比較典型的壓阻式壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行客觀的對(duì)比和說明。
恩智浦（NXP）MPXV5010DP
西人馬（FATRI）TYZV16-010-000-201
壓力范圍
0~10kPa的壓力量程屬于一個(gè)比較小的壓力測(cè)量范圍，在實(shí)際應(yīng)用中，量程范圍的選擇要比所用的量程稍大即可。此量程的產(chǎn)品適合大商業(yè)終端、消費(fèi)電子、健康醫(yī)療類的應(yīng)用。
工作溫度
一般工業(yè)應(yīng)用與集成電路系統(tǒng)的要求在-40℃~80℃之間，兩款產(chǎn)品達(dá)到了-40℃~125℃的工作溫度范圍，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用。
零點(diǎn)輸出
在工作電壓的激勵(lì)下，理論上傳感器空載時(shí)輸出應(yīng)為零，但實(shí)際上傳感器空載時(shí)輸出時(shí)是不穩(wěn)定的，這就出現(xiàn)了一個(gè)偏差范圍，此范圍越小越好。兩款產(chǎn)品零點(diǎn)輸出控制的范圍都很優(yōu)異，能夠提供相對(duì)好的可靠性和穩(wěn)定性。
精確度
這里的精確度指的是非線性誤差，非線性是指由空載荷的輸出值和額定載荷時(shí)輸出值所決定的直線和增加負(fù)荷的實(shí)測(cè)曲線之間最大偏差對(duì)于額定輸出值的百分比。非線性單位為%FS，非線性誤差=量程×非線性。兩款產(chǎn)品的最大誤差在±5%，在實(shí)際的應(yīng)用中，通常會(huì)在±5%以內(nèi)，這個(gè)精度對(duì)于消費(fèi)和商用是能夠完全滿足的。
過載壓力
過載壓力分為兩種，一種為安全過載，安全過載是指在此載荷內(nèi)不會(huì)對(duì)壓力傳感器造成破壞性損壞，但不能長期過載。另外一種為極限過載，是指壓力傳感器的極限臨界負(fù)荷，超過極限即意味著傳感器將會(huì)損壞。從該指標(biāo)中可以看出西人馬（FATRI）TYZV16在此項(xiàng)性能上表現(xiàn)不俗，優(yōu)于進(jìn)口品牌指標(biāo)。
通過參數(shù)對(duì)比，兩款產(chǎn)品的技術(shù)性能均表現(xiàn)優(yōu)異，其中西人馬（FATRI）在過載這一指標(biāo)中，優(yōu)于同類產(chǎn)品。兩個(gè)產(chǎn)品的品牌，擁有不同的產(chǎn)品線和應(yīng)用市場(chǎng)，在不同的方向上各有優(yōu)勢(shì)。
NXP Semiconductors（恩智浦半導(dǎo)體），原飛利浦半導(dǎo)體，1953年創(chuàng)立，是全球知名的傳感器品牌。應(yīng)用市場(chǎng)遍及汽車電子、家庭影音、健康醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。
FATRI 西人馬（廈門）科技有限公司，是當(dāng)前國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的一匹黑馬，擁有先進(jìn)材料、芯片制造、精密傳感器（加速度、溫度、壓力等）、測(cè)量設(shè)備等豐富和扎實(shí)的產(chǎn)品研發(fā)和制造能力。
任何一款傳感器想要做好，都離不開對(duì)底層核心技術(shù)的開發(fā)和探索，獨(dú)立的芯片設(shè)計(jì)和制造能力的高低，直接關(guān)系到傳感器最終的性能和適用性。如西人馬（FATRI）的產(chǎn)品，從企業(yè)公開信息中了解到，這家公司目前已經(jīng)具備并掌握了芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。對(duì)于傳感器企業(yè)來說，現(xiàn)在以及未來的市場(chǎng)，機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存， 更多中國傳感器企業(yè)在正確的方向上正大踏步前進(jìn)。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的提升，相信能夠涌現(xiàn)出更多的優(yōu)秀國產(chǎn)傳感器企業(yè)和產(chǎn)品。 |
