压力传感器的发展史机械制造特种设备_机械制造-特种设备.pdf

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1、压力传感器的发展史 在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度髙、稳定 可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加速 度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外，还 广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技 术是平面工艺与立体加工相结合，又便于集成化，所以可用来制成 血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比 最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术 人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半

2、导体传感器的 发展可以分为四个阶段：1发明阶段(1945-1960年)这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。此后，半导 体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S.Smith)与1945 发现了硅与链的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电 阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片 粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小 尺寸大约为1cm。2发展阶段(1960-1970年)随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的(001)或(110)晶面选 择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹 形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。

3、这种形式的硅杯传感器具 有体积小、重量轻、灵敏度髙、稳定性好、成本低、便于集成化的 优点，实现了金属-硅共晶体，为商业化发展提供了可能。3商业化阶段(1970-1980年)在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术，扩散硅 传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，发展成为可以自 动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术，主要有V形槽法、浓硼自 动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可 以在多个表面同时进行腐蚀，数千个硅压力膜可以同时生产，实现 了集成化的工厂加工模式，成本进一步降低。4微机械加工阶段(1980年-)上世纪末出现的纳米技术，使得微机械加工工艺成为可能。通过

4、微 机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器，其线 度可以控广泛用于压力高度加速度液体的流量流速液位压强的测量与控制除此以外还广泛应用于水利地质气象化工医疗卫生等方面由于该技术是平面工艺与立体加工相结合又便于集成化所以可用来制成血压计风速计水速计压力表电子称以及代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟国内外压力传感器的研究现状和发展趋势现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志而半导体传感器的发展可以分为四个阶段发明阶段年这个阶段主要是以年双极性晶体管的发明为时其电阻将明显发生变化依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上即将力信号转化为电信号进行测量此阶段最小尺寸大约

5、为发展阶段年随着硅扩散技术的发展技术人员在硅的或晶面选择合适的晶向直接把应变电制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级 的沟、条、膜，使得压力传感器进入了微米阶段。广泛用于压力高度加速度液体的流量流速液位压强的测量与控制除此以外还广泛应用于水利地质气象化工医疗卫生等方面由于该技术是平面工艺与立体加工相结合又便于集成化所以可用来制成血压计风速计水速计压力表电子称以及代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟国内外压力传感器的研究现状和发展趋势现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志而半导体传感器的发展可以分为四个阶段发明阶段年这个阶段主要是以年双极性晶体管的发明为时其电阻将明显发生变化依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上即将力信号转化为电信号进行测量此阶段最小尺寸大约为发展阶段年随着硅扩散技术的发展技术人员在硅的或晶面选择合适的晶向直接把应变电