压力传感器的现状与发展

压力传感器的现状与发展

摘要：叙述压力传感器的发展历程，对其在国内外发展的趋势做了简要介绍，列举了典型的压力传感器及一些新型的压力传感器。

关键词：压力；传感器

Abstract：The development of pressure sensor discussed and its trend of development at domestic and abroad, some typical pressure sensors and a number of new types of pressure sensors are given in the paper.

Key words：Pressure；Sensor

0 引言

在动力机械测试技术中，压力的测量占有十分重要的地位。这里所指的压力是流体对单位面积上的垂直作用力，也就是物理学中所说的压强。压力可以用绝对压力或表压力表示。绝对压力是以完全真空作为零标准的压力，也就是作用于单位面积上的全部压力；表压力是指在压力仪表上所指的压力，也称相对压力，其值为绝对压力与当地大气压力的差值。

根据测压原理的不同，可将压力测量方法分为如下几类：（1）重力与被测压力的平衡法，此方法是按照压力的定义，通过直接测量单位面积上所承受的垂直方向上的大小来测量压力，常见的有液柱式压力计和活塞式压力计；（2）弹性力与被测压力的平衡法，弹性元件受压后会产生弹性形变，产生弹性力，当弹性力与被测压力平衡时，弹性元件变形的大小即反映了被测压力的大小。常见的有弹簧管压力计、波纹管压力计和波纹管压力计；（3）利用物质某些与压力有关的物理性质进行测压，一些物质受压后，它的某些物理性质会发生变化，测量这些变化就能测量出压力，如压阻式传感器，在受压时电阻发生变化，压电式传感器在受压时产生电荷输出，这一类传感器大都具有精度高、体积小、动态特性好等优点，是当前测压技术的主要发展方向。

本文主要介绍压力传感器的现状和发展及其过程中各种压力传感器的测试原理和应用。

1 压力传感器的发展历程

1945年史密斯发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化成电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。随着材料技术、微机械加工技术和微电子技术的发展，国际上压力传感器技术方面开展了许多探索性的研究工作，并将研究成果积极投入到商业领域中去，研究中沿用传统的作用原理和某些新效应，优先使用晶体材料（硅、石英、陶瓷等），采用微机械加工技术和微电子技术，从传统的结构设计转向微机械加工工艺的微结构设计，取得了举世瞩目的成就，压力传感器技术取得了长足的发展。下面着重对几种有代表意义的压力传感器的工作原理、性能特点及其新型传感器技术进行介绍，其中，电容式压力传感器是目前使用范围最广的一种传感器。

1.1 应变片式压力传感器

1.2 硅压阻压力传感器

1.3 电容式压力传感器

2 压力传感器的发展趋势

当今世界各国压力传感器的研究领域十分广泛，几乎渗透到了各个行业，归纳起来主要有以下几个趋势：

（1）小型化。小型化会带来很多好处，重量轻、体积小、分辨率高，便于安装在很小的地方；对周围器件影响小，也利于微型仪器、仪表的配套使用。

（2）集成化。压力传感器已经越来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量和控制系统，集成系统在过程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效

率。

（3）智能化。由于集成化的出现，在集成电路中可添加一些微处理器，使得传感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。

（4）系统化。单一化产品在市场上没有大的竞争力。市场风云突变，一旦失去市场，发展则停滞不前，经济效益差，资金浪费大，产品成本高。

（5）标准化。传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如IEC、ISO国际标准，美国的ANSIC、ANSC、MIL-T和ASTME标准，日本JIS标

准，法国DIN标准。

6 结束语

对压力传感器的研究从来也永远不会停止。随着我们对压力传感器材料、工艺等研究的不断深入，随着微电子技术和计算机技术的不断发展，相信压力传感器在精确度、智能化等各个方面都将得到进一步的完善和提高，压力传感器在生物医学、微型机械等领域也必将有着更为广泛的应用前景。