bibo必博官網(wǎng)-壓力傳感器與檢測(cè)儀表的發(fā)展歷程及應(yīng)用

在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，壓力傳感器與檢測(cè)儀表扮演著不可或缺的角色。壓力傳感器作為一種將非電量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件，其精確性和穩(wěn)定性對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制至關(guān)重要。而檢測(cè)儀表則在模擬電子技術(shù)的支持下，通常包含傳感器、檢測(cè)點(diǎn)取樣設(shè)備、放大器（用于抗干擾處理及信號(hào)傳輸），以及電源和現(xiàn)場(chǎng)顯示部分（可選）。電信號(hào)主要分為連續(xù)量和離散量?jī)煞N，但實(shí)際上還可細(xì)分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量等。模擬信號(hào)傳輸通常采用統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，如4-20mA DC等。

在數(shù)字化時(shí)代的浪潮中，檢測(cè)儀表經(jīng)歷了顯著的技術(shù)革新與迭代發(fā)展。近年來(lái)，多采用ASIC（專用集成電路）技術(shù)，并將傳感器、微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口集成在一個(gè)器件中，實(shí)現(xiàn)信息獲取、處理、傳輸、存儲(chǔ)等功能的一體化。在自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，檢測(cè)儀表常被稱為變送器，例如問(wèn)題變送器、壓力變送器等。這些變送器不僅提升了測(cè)量精度和穩(wěn)定性，還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控，為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

壓力傳感器的歷史可追溯到70多年前。其發(fā)展歷程可劃分為以下四個(gè)階段：

1、發(fā)明階段（1945-1960年）

這一階段以1947年雙極性晶體管的發(fā)明為重要里程碑。自此，半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì)開始得到廣泛應(yīng)用。1945年，史密斯（C.S.Smith）發(fā)現(xiàn)了硅與鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)外力作用于半導(dǎo)體材料時(shí)，其電阻會(huì)顯著變化?；谶@一原理，研究人員制成了早期的壓力傳感器，通過(guò)將應(yīng)變電阻片粘貼在金屬薄膜上，將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。這一階段制作的傳感器最小尺寸約為1cm。

2、發(fā)展階段（1960-1970年）

隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)人員能夠在硅的（001）或（110）晶面上選擇合適的晶向，直接將應(yīng)變電阻擴(kuò)散在晶面上，并在背面加工成凹形，形成薄而堅(jiān)韌的硅彈性膜片，人們稱之為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、便于集成化等顯著優(yōu)點(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了金屬與硅的共晶體結(jié)合，為商業(yè)化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3、商業(yè)化階段（1970-1980年）

在這一階段，基于硅杯擴(kuò)散理論，硅的各向異性腐蝕技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散硅傳感器以其獨(dú)特的加工工藝，以硅的各項(xiàng)異性腐蝕技術(shù)為核心，不斷發(fā)展成為能夠自動(dòng)控制硅膜厚度的先進(jìn)技術(shù)，其中包括V形槽法、濃硼自動(dòng)中止法、陽(yáng)極氧化法自動(dòng)中止法和微機(jī)控制自動(dòng)中止法等。由于可以在多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行腐蝕操作，數(shù)千個(gè)硅壓力膜片可實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了集成化的工廠加工模式，進(jìn)一步降低了成本，為大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供了有力支持。

4、微機(jī)械加工階段（1980年至今）

自上世紀(jì)末納米技術(shù)的出現(xiàn)，微機(jī)械加工工藝得以實(shí)現(xiàn)突破。通過(guò)這一工藝，可以由計(jì)算機(jī)精確控制加工出結(jié)構(gòu)型的壓力傳感器，其線度甚至可以控制在微米級(jí)范圍內(nèi)。利用這一技術(shù)，可以蝕刻出微米級(jí)的溝、條、膜等精細(xì)結(jié)構(gòu)，使得壓力傳感器進(jìn)入了微米級(jí)時(shí)代。這種技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了壓力傳感器的微型化和精密化發(fā)展。

如今，壓力傳感器廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展，對(duì)傳感器的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，從而推動(dòng)了傳感器制造業(yè)的迅猛發(fā)展，進(jìn)一步拉動(dòng)了工業(yè)設(shè)備特別是半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)的繁榮。

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