在傳感器行業(yè)中，力、溫度、流量是應用最為廣泛的幾種傳感器。在當今快節奏的人類(lèi)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)應用中對經(jīng)典物理量的監測相比以往都出現了更高的頻次和不同維度的應用需求。在本文中，通過(guò)對壓阻式壓力傳感器技術(shù)、應用、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
在測量上所稱(chēng)“壓力”就是物理學(xué)中的“壓強”，反應物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)重要參數。在壓力測量中，有表壓、絕壓（絕對壓力）、負壓、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(chēng)為負壓或真空度。
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、霍爾式壓力計等。
壓阻式壓力傳感器
半導體應變片式傳感器在實(shí)際應用中被稱(chēng)為壓阻式壓力傳感器，壓阻式壓力傳感器在早期利用半導體應變片粘貼在彈性體上制成。上世紀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散型壓阻式壓力傳感器，克服了粘貼帶來(lái)的滯后、蠕變及固有頻率較低和集成化困難的缺點(diǎn)，且把應變電阻條和誤差補償、信號調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)是結構尺寸小、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。但由于它采用半導體硅材料制成，對溫度敏感，如不采用溫度補償，溫度誤差會(huì )很大。
壓阻式壓力傳感器應用
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、醫療設備、氣象、軍事裝備中都得到了廣泛應用。
2020年新冠病毒在全球蔓延，全球市場(chǎng)對呼吸機、制氧機、血壓計等醫療設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中的關(guān)鍵部件。在家用型呼吸機、醫療型呼吸機、高精度血壓計等應用中，壓阻式壓力傳感器一度出現了供不應求、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雜，對傳感器的制造工藝要求苛刻。當前市場(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(méi)有，而且就性能參數與技術(shù)實(shí)力來(lái)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)參數進(jìn)行客觀(guān)的對比和說(shuō)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)比較小的壓力測量范圍，在實(shí)際應用中，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、消費電子、健康醫療類(lèi)的應用。
工作溫度
一般工業(yè)應用與集成電路系統的要求在-40℃~80℃之間，兩款產(chǎn)品達到了-40℃~125℃的工作溫度范圍，能夠滿(mǎn)足大多數應用。
零點(diǎn)輸出
在工作電壓的激勵下，理論上傳感器空載時(shí)輸出應為零，但實(shí)際上傳感器空載時(shí)輸出時(shí)是不穩定的，這就出現了一個(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，能夠提供相對好的可靠性和穩定性。
精確度
這里的精確度指的是非線(xiàn)性誤差，非線(xiàn)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(xiàn)和增加負荷的實(shí)測曲線(xiàn)之間最大偏差對于額定輸出值的百分比。非線(xiàn)性單位為%FS，非線(xiàn)性誤差=量程×非線(xiàn)性。兩款產(chǎn)品的最大誤差在±5%，在實(shí)際的應用中，通常會(huì )在±5%以?xún)�，這個(gè)精度對于消費和商用是能夠完全滿(mǎn)足的。
過(guò)載壓力
過(guò)載壓力分為兩種，一種為安全過(guò)載，安全過(guò)載是指在此載荷內不會(huì )對壓力傳感器造成破壞性損壞，但不能長(cháng)期過(guò)載。另外一種為極限過(guò)載，是指壓力傳感器的極限臨界負荷，超過(guò)極限即意味著(zhù)傳感器將會(huì )損壞。從該指標中可以看出西人馬（FATRI）TYZV16在此項性能上表現不俗，優(yōu)于進(jìn)口品牌指標。
通過(guò)參數對比，兩款產(chǎn)品的技術(shù)性能均表現優(yōu)異，其中西人馬（FATRI）在過(guò)載這一指標中，優(yōu)于同類(lèi)產(chǎn)品。兩個(gè)產(chǎn)品的品牌，擁有不同的產(chǎn)品線(xiàn)和應用市場(chǎng)，在不同的方向上各有優(yōu)勢。
NXP Semiconductors（恩智浦半導體），原飛利浦半導體，1953年創(chuàng )立，是全球知名的傳感器品牌。應用市場(chǎng)遍及汽車(chē)電子、家庭影音、健康醫療等多個(gè)領(lǐng)域。
FATRI 西人馬（廈門(mén)）科技有限公司，是當前國內傳感器領(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(kāi)對底層核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)和探索，獨立的芯片設計和制造能力的高低，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(kāi)信息中了解到，這家公司目前已經(jīng)具備并掌握了芯片設計與制造技術(shù)。對于傳感器企業(yè)來(lái)說(shuō)，現在以及未來(lái)的市場(chǎng)，機會(huì )與挑戰并存， 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(zhù)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的提升，相信能夠涌現出更多的優(yōu)秀國產(chǎn)傳感器企業(yè)和產(chǎn)品。 |
