傳感器是一個極其特殊的行業(yè)，它的產(chǎn)值不算高，2019年我國市場規(guī)模約2200億人民幣，但卻有數(shù)萬個品類，幾乎遍布所有產(chǎn)業(yè)和每個國民經(jīng)濟的角落。它集機械、光、電于一身，能精確衡量壓力、溫度、濃度、速度等，卻又受制于芯片、材料、電路的發(fā)展瓶頸。它的原理透明，但工藝卻非常復雜，是制造業(yè)中少見的帶有“手藝”氣息的工業(yè)品，技術訣竅深藏在工藝之中。

圖源：Flickr

我國傳感器行業(yè)起步較晚，核心技術缺失，因而以中低端制造為主，隨著近年智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等熱火朝天的發(fā)展，特別是MEMS技術的發(fā)展，半導體傳感器朝著微型、低功耗、高精度方向發(fā)展，傳感器行業(yè)迎來了第二春。

本文著重介紹壓力傳感器的基礎應用和未來方向。

一、壓力傳感器傳輸原理

壓力是指發(fā)生在兩個物體接觸表面的作用力，同時包含不同形態(tài)下的作用力，一般可分為氣壓、液壓、固壓三種情況。壓力傳感器通過感受壓力信號，將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號器件或裝置，以便輔助機器完成判斷，因而成為IOT感知層技術的基石。

在過去幾十年中，汽車行業(yè)一直是推動壓力傳感器需求的主要行業(yè)，迄今為止，壓力傳感器已廣泛應用在管道液壓、消防、智能汽車、智慧醫(yī)療、航空航天等眾多領域。2020年全球壓力傳感器市場規(guī)模已達16.5億美元，合計人民幣104億元，據(jù)新思界產(chǎn)研中心報告顯示，壓力傳感器的份額約占20%，僅次于流量傳感器。

二、5大壓力傳感器及應用場景

壓力傳感器有多種分類方式。從工作原理來劃分，壓力傳感可分為壓電式、壓阻式、應變式、電容式等。從使用材料和傳感原理來看，主要有應變式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、藍寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器5種。

1、應變片壓力傳感器——高精度 最廣泛

電阻應變片壓力傳感器的核心是電阻應變片，即一個受力會形變的金屬片。當應變片受外力影響時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，進而改變電阻值。比如當金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。

應變式傳感器可以測量應變應力、彎矩、扭矩、加速度、位移等物理量，在不同領域間的應用也最為廣泛。尤其應用在高精度要求的工業(yè)稱量系統(tǒng)產(chǎn)品，如平臺秤和料斗稱量系統(tǒng)。

2、陶瓷壓力傳感器——抗磨損 夠穩(wěn)定

彈性好、抗沖擊、抗磨損、性能穩(wěn)定……陶瓷是壓力傳感器的理性材料。陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，而是以陶瓷直接作為感應膜片，讓壓力間接作用于陶瓷膜片背面的厚膜電阻， 連接成一個惠斯通電橋，電阻阻值變化后通過電橋產(chǎn)生一個與壓力、激勵電壓成正比的電壓信號。

相比金屬應變片，陶瓷壓力傳感器最大的特點就是抗腐蝕，在測量腐蝕性介質(zhì)的壓力時，如在化工、制冷等領域中往往大顯身手。其次，陶瓷壓力傳感器常以分層結(jié)構(gòu)組成，故有較好的抵抗壓力峰值的作用，但相應的靈敏度可能沒有前者表現(xiàn)優(yōu)秀。

3、擴散硅壓力傳感器——小體型 大信號

其原理是被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，并依靠電子線路檢測到變化，迅速轉(zhuǎn)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，為后端變送調(diào)理線路提供了很大的優(yōu)勢，加上分辨率高，靈敏度高，其可選的后端電路更多。其次，擴散硅的體積小巧利于安裝，可以廣泛應用在醫(yī)療器械中，用于輔助生物監(jiān)測。

4、藍寶石壓力傳感器——精度準價格高

與第1種應變電阻式工作原理類似，受到傳輸壓力后其接收膜片發(fā)生形變，變化被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋?qū)⑤敵龊蛪毫Τ尸F(xiàn)正比的變化電信號。