傳感器是一個(gè)極其特殊的行業(yè)，它的產(chǎn)值不算高，2019年我國市場規(guī)模約2200億人民幣，但卻有數(shù)萬個(gè)品類，幾乎遍布所有產(chǎn)業(yè)和每個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的角落。它集機(jī)械、光、電于一身，能精確衡量壓力、溫度、濃度、速度等，卻又受制于芯片、材料、電路的發(fā)展瓶頸。它的原理透明，但工藝卻非常復(fù)雜，是制造業(yè)中少見的帶有“手藝”氣息的工業(yè)品，技術(shù)訣竅深藏在工藝之中。

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我國傳感器行業(yè)起步較晚，核心技術(shù)缺失，因而以中低端制造為主，隨著近年智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等熱火朝天的發(fā)展，特別是MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器朝著微型、低功耗、高精度方向發(fā)展，傳感器行業(yè)迎來了第二春。

本文著重介紹壓力傳感器的基礎(chǔ)應(yīng)用和未來方向。

一、壓力傳感器傳輸原理

壓力是指發(fā)生在兩個(gè)物體接觸表面的作用力，同時(shí)包含不同形態(tài)下的作用力，一般可分為氣壓、液壓、固壓三種情況。壓力傳感器通過感受壓力信號，將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號器件或裝置，以便輔助機(jī)器完成判斷，因而成為IOT感知層技術(shù)的基石。

在過去幾十年中，汽車行業(yè)一直是推動壓力傳感器需求的主要行業(yè)，迄今為止，壓力傳感器已廣泛應(yīng)用在管道液壓、消防、智能汽車、智慧醫(yī)療、航空航天等眾多領(lǐng)域。2020年全球壓力傳感器市場規(guī)模已達(dá)16.5億美元，合計(jì)人民幣104億元，據(jù)新思界產(chǎn)研中心報(bào)告顯示，壓力傳感器的份額約占20%，僅次于流量傳感器。

二、5大壓力傳感器及應(yīng)用場景

壓力傳感器有多種分類方式。從工作原理來劃分，壓力傳感可分為壓電式、壓阻式、應(yīng)變式、電容式等。從使用材料和傳感原理來看，主要有應(yīng)變式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器5種。

1、應(yīng)變片壓力傳感器——高精度 最廣泛

電阻應(yīng)變片壓力傳感器的核心是電阻應(yīng)變片，即一個(gè)受力會形變的金屬片。當(dāng)應(yīng)變片受外力影響時(shí)，其長度和截面積都會發(fā)生變化，進(jìn)而改變電阻值。比如當(dāng)金屬絲受外力作用而伸長時(shí)，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。

應(yīng)變式傳感器可以測量應(yīng)變應(yīng)力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量，在不同領(lǐng)域間的應(yīng)用也最為廣泛。尤其應(yīng)用在高精度要求的工業(yè)稱量系統(tǒng)產(chǎn)品，如平臺秤和料斗稱量系統(tǒng)。

2、陶瓷壓力傳感器——抗磨損 夠穩(wěn)定

彈性好、抗沖擊、抗磨損、性能穩(wěn)定……陶瓷是壓力傳感器的理性材料。陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，而是以陶瓷直接作為感應(yīng)膜片，讓壓力間接作用于陶瓷膜片背面的厚膜電阻， 連接成一個(gè)惠斯通電橋，電阻阻值變化后通過電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力、激勵(lì)電壓成正比的電壓信號。

相比金屬應(yīng)變片，陶瓷壓力傳感器最大的特點(diǎn)就是抗腐蝕，在測量腐蝕性介質(zhì)的壓力時(shí)，如在化工、制冷等領(lǐng)域中往往大顯身手。其次，陶瓷壓力傳感器常以分層結(jié)構(gòu)組成，故有較好的抵抗壓力峰值的作用，但相應(yīng)的靈敏度可能沒有前者表現(xiàn)優(yōu)秀。

3、擴(kuò)散硅壓力傳感器——小體型 大信號

其原理是被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，并依靠電子線路檢測到變化，迅速轉(zhuǎn)換、輸出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。

擴(kuò)散硅壓力傳感器的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是信號輸出大，為后端變送調(diào)理線路提供了很大的優(yōu)勢，加上分辨率高，靈敏度高，其可選的后端電路更多。其次，擴(kuò)散硅的體積小巧利于安裝，可以廣泛應(yīng)用在醫(yī)療器械中，用于輔助生物監(jiān)測。

4、藍(lán)寶石壓力傳感器——精度準(zhǔn)價(jià)格高

與第1種應(yīng)變電阻式工作原理類似，受到傳輸壓力后其接收膜片發(fā)生形變，變化被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后，其電橋?qū)⑤敵龊蛪毫Τ尸F(xiàn)正比的變化電信號。