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)用中對經(jīng)典物理量的監(jiān)測相比以往都出現(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)原理與概念做一個分享。
壓力傳感器
在測量上所稱“壓力”就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”，反應(yīng)物質(zhì)狀態(tài)的一個重要參數(shù)。在壓力測量中，有表壓、絕壓（絕對壓力）、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。若測量壓力低于大氣壓，則稱為負(fù)壓或真空度。
測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，適合對微小壓力進(jìn)行檢測。但由于它采用半導(dǎo)體硅材料制成，對溫度敏感，如不采用溫度補(bǔ)償，溫度誤差會很大。
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，全球市場對呼吸機(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，對傳感器的制造工藝要求苛刻。當(dāng)前市場上國產(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比較小的壓力測量范圍，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
在工作電壓的激勵下，理論上傳感器空載時輸出應(yīng)為零，但實(shí)際上傳感器空載時輸出時是不穩(wěn)定的，這就出現(xiàn)了一個偏差范圍，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輸出值所決定的直線和增加負(fù)荷的實(shí)測曲線之間最大偏差對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，通常會在±5%以內(nèi)，這個精度對于消費(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)不會對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。兩個產(chǎn)品的品牌，擁有不同的產(chǎn)品線和應(yīng)用市場，在不同的方向上各有優(yōu)勢。
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)用市場遍及汽車電子、家庭影音、健康醫(yī)療等多個領(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)。對于傳感器企業(yè)來說，現(xiàn)在以及未來的市場，機(jī)會與挑戰(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。 |
