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壓力傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
當(dāng)今世界各國壓力傳感器的研究領(lǐng)域十分廣泛,幾乎滲透到了各行各業(yè),但歸納起來主要有以下幾個(gè)趨勢(shì):
(1)小型化目前市場(chǎng)對(duì)小型壓力傳感器的需求越來越大,這種小型傳感器可以工作在惡劣的環(huán)境下,并且只需要很少的保養(yǎng)和維護(hù),對(duì)周圍的環(huán)境影響也很小,可以放置在人體的各個(gè)重要器官中收集資料,不影響人的正常生活。如美國Entran 公司生產(chǎn)的量程為2～500PSI的傳感器,直徑僅為1.27mm,可以放置在人體的血管中而不會(huì)對(duì)血液的流通產(chǎn)生大的影響。
(2)集成化壓力傳感器已經(jīng)越來越多的與其它測(cè)量用傳感器集成以形成測(cè)量和控制系統(tǒng)。集成系統(tǒng)在過程控制和工廠自動(dòng)化中可提高操作速度和效率。
(3)智能化由于集成化的出現(xiàn),在集成電路中可添加一些微處理器,使得傳感器具有自動(dòng)補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。
(4)廣泛化壓力傳感器的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是正從機(jī)械行業(yè)向其它領(lǐng)域擴(kuò)展,例如:汽車元件、醫(yī)療儀器和能源環(huán)境控制系統(tǒng)。
(5)標(biāo)準(zhǔn)化傳感器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如ISO質(zhì)量體系;美國的ANSI、ASTM標(biāo)準(zhǔn)、俄羅斯的OCT、日本的JIS標(biāo)準(zhǔn)。
美國CELTRON MDB/MDBD橋式稱重傳感器:
MDB-10t，MDB-20t，MDB-25t，MDB-30t，MDB-40t
MDBD-10t，MDBD-20t，MDBD-25t，MDBD-30t
美國CELTRON LPS單點(diǎn)式稱重傳感器：
LPS-0.6kg，LPS-1kg，LPS-2kg，LPS-3kg，LPS-6kg，LPS-10kg，LPS-15kg，LPS-20kg，LPS-30kg，LPS-35kg，LPS-60kg，LPS-100kg，LPS-200kg
美國CELTRON LOC單點(diǎn)式稱重傳感器:
LOC-5Kg, LOC-7Kg, LOC-10Kg, LOC-15Kg, LOC-20Kg, LOC-30Kg, LOC-50Kg, LOC-100Kg,LOC-150Kg SE
LOC-100kg LOC-150kg LOC-250kg LOC-300kg LOC-500kg LOC-635kg LOC-800kg LOC-1000kg ME
壓力傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
從世界范圍看壓力傳感器的發(fā)展動(dòng)向主要有以下幾個(gè)方向。
2.1光纖壓力傳感器;這是一類研究成果較多的傳感器,但投入實(shí)際領(lǐng)域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受壓力作用時(shí)的形變與反射光強(qiáng)度相關(guān)的特性,由硅框和金鉻薄膜組成的膜片結(jié)構(gòu)中間夾了一個(gè)硅光纖擋板,在有壓力的情況下,光線通過擋板的過程中會(huì)發(fā)生強(qiáng)度的改變,通過檢測(cè)這個(gè)微小的改變量,我們就能測(cè)得壓力的大小。這種敏感元件已被應(yīng)用與臨床醫(yī)學(xué),用來測(cè)擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管氣球內(nèi)的壓力?？深A(yù)見這種壓力傳感器在顯微外科方面一定會(huì)有良好的發(fā)展前景。同時(shí),在加工與健康保健方面,光纖傳感器也在快速發(fā)展。
2.2電容式真空壓力傳感器;E+H公司的電容式壓力傳感器是由一塊基片和厚度為0.8～2.8mm的氧化鋁(Al2O3) 構(gòu)成,其間用一個(gè)自熔焊接圓環(huán)釬焊在一起。該環(huán)具有隔離作用,不需要溫度補(bǔ)償,可以保持*測(cè)量的可靠性和持久的精度。測(cè)量方法采用電容原理,基片上一電容CP位于位移zui大的膜片的*,而另一參考電容CR 位于膜片的邊緣,由于邊緣很難產(chǎn)生位移,電容值不發(fā)生變化,CP 的變化則與施加的壓力變化有關(guān),膜片的位移和壓力之間的關(guān)系是線性的。遇到過載時(shí),膜片貼在基片上不會(huì)被破壞,無負(fù)載時(shí)會(huì)立刻返回原位無任何滯后,過載量可以達(dá)到*,即使是破壞也不會(huì)泄漏任何污染介質(zhì)。因此具有廣泛的應(yīng)用前景。
2.3 耐高溫壓力傳感器新型半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC) 的出現(xiàn)使得單晶體的高溫傳感器的制作成為可能。Rober.S.Okojie報(bào)導(dǎo)了一種運(yùn)行試驗(yàn)達(dá)500 ℃的α(6H) SiC 壓力傳感器. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在輸入電壓為5V,被測(cè)壓力為6.9MPa的條件下,23500℃時(shí)的滿量程輸出為44.66～20.03mV,滿量程線度為20.17%,遲滯為0.17%在500℃條件下運(yùn)行10h,性能基本不變;在100℃和500 ℃兩點(diǎn)的應(yīng)變溫度系數(shù)(TCGF), 分別為20.19%/℃和-0.11%/℃。這種傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是PN 結(jié)泄漏電流很小,沒有熱匹配問題以及升溫不產(chǎn)生塑性變型,可以批量加工。Ziermann,Rene 報(bào)導(dǎo)了使用單晶體n 型β- SiC 材料制成的壓力傳感器,這種壓力傳感器工作溫度可達(dá)573K,耐輻射。在室溫下,此壓力傳感器的靈敏度為20.2muV/ VKPa。
2.4 硅微機(jī)械加工傳感器;在微機(jī)械加工技術(shù)逐漸完善的今天,硅微機(jī)械傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越多。而隨著微機(jī)械傳感器的體積越來越小,線度可以達(dá)到1～2mm,可以放置在人體的重要器官中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。Hachol,Andrzej ;dziuban,JanBochenek 報(bào)導(dǎo)了一種可以用于測(cè)量眼球的*,其膜片直徑為1mm。在內(nèi)眼壓為60mmHg時(shí),靜態(tài)輸出為40mV,靈敏度系數(shù)比較高。
2.5 具有自測(cè)試功能的壓力傳感器;為了降低調(diào)試與運(yùn)行成本,Dirk De Bruyker 等人報(bào)導(dǎo)了一種具有自測(cè)試功能的壓阻、電容雙元件傳感器,它的自測(cè)試功能是根據(jù)熱驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行的,該傳感器尺寸為1.2mm×3mm×0.5mm,適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
2.6 多維力傳感器;六維力傳感器的研究和應(yīng)用是多維力傳感器研究的熱點(diǎn),現(xiàn)在上只有美、日等少數(shù)國家可以生產(chǎn)。在我國北京理工大學(xué)在跟蹤國外發(fā)展的基礎(chǔ)上,又開創(chuàng)性的研制出組合有壓電層的柔軟光學(xué)陣列觸覺,陣列密度為2438tacs/cm2,力靈敏1g,結(jié)構(gòu)柔性很好,能抓握和識(shí)別雞蛋和鋼球,現(xiàn)已用于機(jī)器人分選物品。
