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洞察未來！解讀壓力傳感器的6大發(fā)展動向

2020-01-14

　　從世界范圍看，隨著市場變化，壓力傳感器的應用在不斷發(fā)生演變，未來，壓力傳感器的發(fā)展動向主要有以下幾個方向。

　　1．光纖壓力傳感器

　　光纖壓力傳感器是一類研究成果較多的傳感器，但投入實際領(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的形變與反射光強度相關(guān)的特性，由硅框和金鉻薄膜組成的膜片結(jié)構(gòu)中間夾了一個硅光纖擋板，在有壓力的情況下，光線通過擋板的過程中會發(fā)生強度的改變，通過檢測這個微小的改變量，我們就能測得壓力的大小。這個工作原理類似于光纖位移傳感器。光源發(fā)出的光出發(fā)剔光纖傳輸并投射到膜片的內(nèi)表面上，然后反射，再由接收光纖接收并傳回光敏元件，使股最的位置發(fā)生變化，從而輸出的信號隨之發(fā)生變化。
　　目前光纖壓力傳感器已被應用與臨床醫(yī)學，用來測擴張冠狀動脈導管氣球內(nèi)的壓力。可預見這種壓力傳感器在顯微外科方面一定會有良好的發(fā)展前景。同時，在加工與健康保健方面，光纖傳感器也在快速發(fā)展。
　　2．電容式真空壓力傳感器
　　電容式壓力傳感器，是一種利用電容敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。特點是，輸入能量低，高動態(tài)響應，自然效應小，環(huán)境適應性好。
　　而電容式真空壓力傳感器性能比普通的電容式壓力傳感器要優(yōu)越。
　　比如，EH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，不需要溫度補償，可以保持長期測量的可靠性和持久的精度。測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)系是線性的。
　　最重要的一點是，當電容式真空壓力傳感器遇到過載時，膜片貼在基片上不會被破壞，無負載時會立刻返回原位無任何滯后，過載量可以達到100%，即使是破壞也不會泄漏任何污染介質(zhì)。
　　因此電容式真空壓力傳感器具有廣泛的應用前景。
　　3．耐高溫壓力傳感器
　　新型半導體材料碳化硅(SiC)的出現(xiàn)使得單晶體的高溫傳感器的制作成為可能。Rober.S.Okojie報導了一種運行試驗達500℃的α(6H)SiC壓力傳感器。實驗結(jié)果表明，在輸入電壓為5V，被測壓力為6.9MPa的條件下，23500℃時的滿量程輸出為44.66～20.03mV，滿量程線度為20.17%，遲滯為0.17%。在500℃條件下運行10h，性能基本不變，在100℃和500℃兩點的應變溫度系數(shù)(TCGF)，分別為20.19%/℃和-0.11%/℃。
　　這種傳感器的主要優(yōu)點是PN結(jié)泄漏電流很小，沒有熱匹配問題以及升溫不產(chǎn)生塑性變行，可以批量加工。Ziermann，Rene報道了使用單晶體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573K，耐輻射。在室溫下，此壓力傳感器的靈敏度為20.2muV/VKPa。
　　耐高溫壓力傳感器可在高溫環(huán)境下對各種氣體、液體的壓力進行測量。主要用于測量鍋爐、管道、高溫反應容器內(nèi)的壓力、井下壓力和各種發(fā)動機腔體內(nèi)的壓力、高溫油品液位與檢測、油井測壓等領(lǐng)域。
　　4．MEMS壓力傳感器
　　在微機械加工技術(shù)逐漸完善的今天，硅微機械傳感器在汽車工業(yè)中的應用越來越多。而隨著微機械傳感器的體積越來越小，線度可以達到1～2mm，可以放置在人體的重要器官中進行數(shù)據(jù)的采集。據(jù)報道，用于測量眼球的眼壓計，其膜片直徑為1mm。在內(nèi)眼壓為60mmHg時，靜態(tài)輸出為40mV，靈敏度系數(shù)比較高。
　　基于MEMS技術(shù)生產(chǎn)出來的MEMS壓力傳感器，有著智能化、微型化、集成化、成本低、效能高、可大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，現(xiàn)已逐步取代傳統(tǒng)機械傳感器的主導地位，被廣泛應用于消費電子、汽車制造、物聯(lián)網(wǎng)、航空航天、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域。
　　5．具有自測試功能的壓力傳感器
　　為了降低調(diào)試與運行成本，具有自測試功能的壓阻、電容雙元件傳感器被研究出來。它的自測試功能是根據(jù)熱驅(qū)動原理進行的，尺寸很小，適用于生物醫(yī)學領(lǐng)域。
　　6．多維力傳感器
　　六維力傳感器的研究和應用是多維力傳感器研究的熱點，現(xiàn)在國際上只有美、日等少數(shù)國家可以生產(chǎn)。
　　在我國北京理工大學在跟蹤國外發(fā)展的基礎(chǔ)上，又開創(chuàng)性的研制出組合有壓電層的柔軟光學陣列觸覺，陣列密度為2438tactels/cm2，力靈敏1g，結(jié)構(gòu)柔性很好，能抓握和識別雞蛋和鋼球，現(xiàn)已用于機器人分選物品。

（文章來源：儀表網(wǎng)）

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