壓力傳感器的發展史上經歷了四個階段,現已成為各類傳感器中技術最成熟、性能穩定、性價比最高的一類傳感器,有著體積小、重量輕、靈敏度高、穩定可靠、成本低以及便于集成化的優點,并廣泛應用于水利、地質、氣象、化工和醫療衛生等方面。聽起來是不是很厲害呢?所以我們更要了解它的發展歷史,這樣才能更加深入的了解,前面我們也說到了歷經四個階段,那么這四個階段是怎樣的呢?
1945-1960年,這個階段主要以1947年雙極性晶體管的發明為標志。此后,半導體材料的這一特性得到較廣泛應用。史密斯(C.S.Smith)與1945發現了硅與鍺的壓阻效應,即當有外力作用于半導體材料時,其電阻將明顯發生變化。依據此原理制成的壓力傳感器是把應變電阻片粘在金屬薄膜上,即將力信號轉化為電信號進行測量。此階段最小尺寸大約為1cm。
1960-1970年,隨著硅擴散技術的發展,技術人員在硅的(001)或(110)晶面選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成較薄的硅彈性膜片,稱為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩定性好、成本低、便于集成化的優點,實現了金屬-硅共晶體,為商業化發展提供了可能。
1970-1980年,在硅杯擴散理論的基礎上應用了硅的各向異性的腐蝕技術,擴散硅傳感器其加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術為主,發展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術,主要有V形槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機控制自動中止法。由于可以在多個表面同時進行腐蝕,數千個硅壓力膜可以同時生產,實現了集成化的工廠加工模式,成本進一步降低。
1980年到現在,上世紀末出現的納米技術,使得微機械加工工藝成為可能。通過微機械加工工藝可以由計算機控制加工出結構型的壓力傳感器,其線度可以控制在微米級范圍內。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜,使得壓力傳感器進入了微米階段。
以上是壓力傳感器歷經的四個階段,在壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制等領域廣泛使用,未來也會滲透到更多的行業中,有著更多的應用,起到重要作用。
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