傳感器是一個極其特殊的行業(yè),其產值并不高。2019年,中國市場規(guī)模約2200億元,但幾乎所有行業(yè)和每個國民經濟都有上萬個品類。它集成了機械、光和電,可以準確測量壓力、溫度、濃度和速度,但也受制于芯片、材料和電路的開發(fā)瓶頸。它的原理是透明的,但是工藝非常復雜,這在制造業(yè)中是罕見的“手藝”工業(yè)產品的氣息,技術訣竅深藏于工藝之中。
中國傳感器產業(yè)起步較晚,缺乏核心技術,因此主要是中低端制造業(yè)。隨著近年來智能制造、工業(yè)物聯(lián)網和人工智能的蓬勃發(fā)展,尤其是MEMS隨著技術的發(fā)展,半導體傳感器朝著微型、低功耗、高精度的方向發(fā)展,傳感器行業(yè)迎來了第二個春天。
一、壓力傳感器的傳輸原理
壓力是指發(fā)生在兩個物體接觸表面的力,包括不同形式的力。一般可分為氣壓、液壓和固壓。壓力傳感器通過感知壓力信號將壓力信號轉換為可用的電信號裝置或輸出裝置,從而幫助機器完成判斷,從而成為IOT感知層技術的基石。
在過去的幾十年里,汽車工業(yè)一直是推動壓力傳感器需求的主要行業(yè)。到目前為止,壓力傳感器已廣泛應用于管道液壓、消防、智能汽車、智能醫(yī)療、航空航天等諸多領域。2020年,全球壓力傳感器市場規(guī)模達到16.5億美元,總計104億元。根據(jù)新世紀生產研究中心的報告,壓力傳感器的份額約占20%,僅次于流量傳感器。
二、壓力傳感器及應用場景
壓力傳感器有多種分類。從工作原理來看,壓力傳感器可分為壓電式、電阻式、應變式、電容式等。從材料使用和傳感原理的角度來看,主要有應變壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器和壓力壓力傳感器。
最初主要介紹擴散硅壓力傳感器:
擴散硅壓力傳感器-小型大信號
其原理是,被測介質的壓力直接作用于傳感器的隔膜,使隔膜產生與介質壓力成正比的微位移,改變傳感器的電阻值,依靠電子線檢測變化,快速轉換,輸出相應的標準測量信號。
擴散硅壓力傳感器的一個顯著優(yōu)點是信號輸出大,這為后端變送調節(jié)線提供了很大的優(yōu)勢。此外,它具有高分辨率和高靈敏度,并且有更多可選的后端電路。其次,擴散硅體積小,安裝方便,可廣泛應用于工業(yè)場合。
三、壓力傳感器行業(yè)發(fā)展趨勢:微型化、場景化、協(xié)同化
中國壓力傳感器的R&D和制造還處于起步階段,沒有一定規(guī)模的企業(yè)。掌握核心部件R&D和制造能力的企業(yè)非常稀缺。不僅如此,目前國內大部分高精度壓力傳感器的內芯仍需進口。然而,在全球疫情和中美國際貿易關系的影響下,海外供應受阻,供應周期延長,迫切需要開發(fā)和開發(fā)自主設計生產的國產壓力傳感器芯。
小型化是壓力傳感器研發(fā)的一大趨勢,廠家不斷減少壓力傳感器的體積。MEMS壓力傳感器的出貨量逐年增加,多樣化的應用場景也在擴大。壓力傳感器將廣泛應用于智能家居、管道檢測、車聯(lián)網和智能制造。
同時,各種智能產品也將普遍出現(xiàn)多傳感器協(xié)同的情況。通過多傳感器的集成和協(xié)作,提高了信號識別和收集的效果,提高了智能設備的集成度,節(jié)省了內部空間。我相信在未來,壓力傳感器將在物聯(lián)網時代得到越來越多的應用。