來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志之一，而壓力傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)的重要分支。壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。目前，各種類型的壓力傳感器，如擴(kuò)散硅、電容式、硅藍(lán)寶石、陶瓷厚膜、金屬應(yīng)變電式等類型，正廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)的各行業(yè)以及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力傳感器的特點(diǎn)及其相互之間的差異。

一、藍(lán)寶石壓力傳感器

藍(lán)寶石壓力傳感器利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無(wú)與倫比的計(jì)量特征。

藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固，硬度更高、不怕形變；而且藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣性，因此，利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)溫度變化不敏感，即使高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng)；另外，硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件無(wú)p-n飄移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。

用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高，精度好，溫度誤差極小，性價(jià)比高。

二、壓電式壓力傳感器

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微小（也就說(shuō)壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

三、陶瓷式壓力傳感器

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面、室膜片的表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性，與激勵(lì)電壓成正比的電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0、3.0、3.3mV等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標(biāo)定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補(bǔ)償0℃~70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和震動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40℃~135℃，而且具有測(cè)量的高精度、高穩(wěn)定性。電器絕緣程度大于2KV,輸出信號(hào)強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特性、低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國(guó)家有全面替代其他類型傳感器的趨勢(shì)，在中國(guó)越來(lái)越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。

四、厚膜壓力傳感器

厚膜壓力傳感器是繼擴(kuò)散硅壓力傳感器之后壓力傳感器的又一次重大的技術(shù)創(chuàng)新，而力敏Z-元件是目前國(guó)內(nèi)外唯一具有數(shù)字信號(hào)輸出的敏感元件，因此陶瓷厚膜工藝與力敏Z-元件的最簡(jiǎn)單電路的巧妙結(jié)合，可以出現(xiàn)一種性能優(yōu)異、成本低廉的新型傳感器。具體來(lái)說(shuō)，陶瓷厚膜工藝有下述優(yōu)點(diǎn)：

●陶瓷彈性體性能優(yōu)良，平整、均勻、質(zhì)密的材料在程度范圍內(nèi)都嚴(yán)格遵循虎克定律，無(wú)塑性變形。

●厚膜電阻（包括高溫導(dǎo)線）能與陶瓷彈性膜片牢固地?zé)Y(jié)在一起，不需用膠進(jìn)行粘貼。這種剛性結(jié)構(gòu)蠕變小，漂移小，靜態(tài)性能穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能好。

●厚膜彈性體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備。它與擴(kuò)散硅壓力傳感器相比，不需半導(dǎo)體平面工藝來(lái)形成擴(kuò)散電阻彈性膜片，大幅度減小了生產(chǎn)線的前期投入和工藝加工成本。

●陶瓷厚膜結(jié)構(gòu)耐液體或氣體介質(zhì)的腐蝕，不需通過(guò)不銹鋼膜片和硅油的轉(zhuǎn)換與隔離，封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，進(jìn)一步降低成本。

●工作量程寬。量程決定于膜片的有效半徑與厚度之比，只要微壓力不小于1Kpa,原則上較高的量程也易于實(shí)現(xiàn)。

●工作溫度范圍寬，可達(dá)-40℃~120℃。

審核編輯黃昊宇