传感器是一个极其特殊的行业,其产值并不高。2019年,中国市场规模约2200亿元,但几乎所有行业和每个国民经济都有上万个品类。它集成了机械、光和电,可以准确测量压力、温度、浓度和速度,但也受制于芯片、材料和电路的开发瓶颈。它的原理是透明的,但是工艺非常复杂,这在制造业中是罕见的“手艺”工业产品的气息,技术诀窍深藏于工艺之中。
中国传感器产业起步较晚,缺乏核心技术,因此主要是中低端制造业。随着近年来智能制造、工业物联网和人工智能的蓬勃发展,尤其是MEMS随着技术的发展,半导体传感器朝着微型、低功耗、高精度的方向发展,传感器行业迎来了第二个春天。
一、压力传感器的传输原理
压力是指发生在两个物体接触表面的力,包括不同形式的力。一般可分为气压、液压和固压。压力传感器通过感知压力信号将压力信号转换为可用的电信号装置或输出装置,从而帮助机器完成判断,从而成为IOT感知层技术的基石。
在过去的几十年里,汽车工业一直是推动压力传感器需求的主要行业。到目前为止,压力传感器已广泛应用于管道液压、消防、智能汽车、智能医疗、航空航天等诸多领域。2020年,全球压力传感器市场规模达到16.5亿美元,总计104亿元。根据新世纪生产研究中心的报告,压力传感器的份额约占20%,仅次于流量传感器。
二、压力传感器及应用场景
压力传感器有多种分类。从工作原理来看,压力传感器可分为压电式、电阻式、应变式、电容式等。从材料使用和传感原理的角度来看,主要有应变压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器和压力压力传感器。
最初主要介绍扩散硅压力传感器:
扩散硅压力传感器-小型大信号
其原理是,被测介质的压力直接作用于传感器的隔膜,使隔膜产生与介质压力成正比的微位移,改变传感器的电阻值,依靠电子线检测变化,快速转换,输出相应的标准测量信号。
扩散硅压力传感器的一个显著优点是信号输出大,这为后端变送调节线提供了很大的优势。此外,它具有高分辨率和高灵敏度,并且有更多可选的后端电路。其次,扩散硅体积小,安装方便,可广泛应用于工业场合。
三、压力传感器行业发展趋势:微型化、场景化、协同化
中国压力传感器的R&D和制造还处于起步阶段,没有一定规模的企业。掌握核心部件R&D和制造能力的企业非常稀缺。不仅如此,目前国内大部分高精度压力传感器的内芯仍需进口。然而,在全球疫情和中美国际贸易关系的影响下,海外供应受阻,供应周期延长,迫切需要开发和开发自主设计生产的国产压力传感器芯。
小型化是压力传感器研发的一大趋势,厂家不断减少压力传感器的体积。MEMS压力传感器的出货量逐年增加,多样化的应用场景也在扩大。压力传感器将广泛应用于智能家居、管道检测、车联网和智能制造。
同时,各种智能产品也将普遍出现多传感器协同的情况。通过多传感器的集成和协作,提高了信号识别和收集的效果,提高了智能设备的集成度,节省了内部空间。我相信在未来,压力传感器将在物联网时代得到越来越多的应用。