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硅电容压力传感器在中国的研究才刚刚开始

压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件(或应变计)组成。弹性敏感元件的作用是将被测压力作用于某一区域并转换为位移或应变,然后将位移敏感元件或应变计转换为与压力有关的电信号。有时将这两个元件的功能集成在一起。压力传感器广泛应用于水利、水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等行业。

机械传感器种类繁多,但常用的压力传感器包括电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻压力传感器、电感压力传感器、电容压力传感器、谐振压力传感器和电容加速度传感器。压阻压力传感器应用最广泛,价格极低,精度高,线性特性好。

我国压力传感器市场主要是工业自动化控制和汽车。目前,扩散硅压力传感器、应变片压力传感器和溅射膜压力传感器广泛应用于工业控制领域。在中国,Xi安是中国第二个五年计划重点发展压力系列传感器的重要城市。在省会Xi安的带动下,陕西省宝鸡市原秦岭晶体管厂进行了技术改造,与霍尼威尔公司合作成立了麦克传感器公司,为中国硅压力传感器的扩散生产开创了先例。但MEMS技术和前硅片制造技术仍掌握在外国制造商手中。

硅电容压力传感器在中国的研究才刚刚开始。虽然国内一些单位开发了硅电容传感器,但其精度和静压特性接近富士产品的平均水平,但在长期稳定性方面存在较大差距。与此同时,国内电容传感器在高效和微差压规格的开发上仍存在较大差距。国外压阻传感器的精度可达0.075%,而国内压阻传感器的精度只有0.1%。国产传感器与进口传感器在长期稳定性方面的差距较为明显。国产产品长期稳定性指标为0.1%/年,至少是国外产品的两倍。此外,国产产品温度特性差。与国外产品相比,温度漂移比国外产品的典型值大50%~100%。此外,国产产品的规格和品种不够完整,微差压、高差压、高静压规格不成熟,不能满足某些工艺的特殊要求。

如何提高传感器的长期稳定性是压力传感器定位的关键。传感器的长期稳定性与传感器的材料选择、结构设计和加工工艺密切相关。我国MEMS加工工艺仍处于相对落后阶段,提高工艺水平无疑是提高传感器性能的长期解决方案。

目前,国内相关高校和科研机构对压阻式和电容式MEMS传感器进行了大量研究,在理论和工艺水平上取得了一些成果。就目前的工艺水平而言,如果能够实现某种形式的补偿或在线自校准方法,就有可能在短时间内提高传感器的长期稳定性,使国内传感器能够满足石化行业稳定指标的需求。


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