压力传感器研究分析报告.ppt

压力传感器研究分析报告,一、压力传感器综合叙述 二、具体型号压力传感器介绍 三、压力传感器生产厂商介绍 四、MEMS技术压力传感器发展趋势,一、压力传感器综合叙述,1.1 压力传感器概念 1.2 几种基本类型压力传感器介绍 1.21 应变片式压力传感器 1.22 陶瓷式压力传感器 1.23 扩散硅式压力传感器 1.24 硅-蓝宝石式压力传感器 1.25 压电式压力传感器,1.1 压力传感器概念,压力传感器是按被测量量分类中物理量传感器下一族。它是一种能感受压力，并按照一定的规律将力信号转换成可用电信号或其他信号形式输出的器件或装置。其内部没有放大电路，满量程输出一般为毫伏级，带负载能力低，不能直接与计算机接口连接。,1.2几种基本类别压力传感器介绍,压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，其中涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业 。它的种类繁多 ，型号繁杂。在此只对几种常用类型压力传感器（如应变片压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器、压电压力传感器等）进行原理介绍及其应用说明。,1.21 应变片式压力传感器,在了解应变片式压力传感器前，首先认识下电阻应变片。电阻应变片是一种将被测件上应变变化转换成电信号的一种敏感器件。它是应变片式压力传感器主要组成部分，可分为金属和半导体应变片两种。通常将应变片通过特殊粘和剂粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生阻值变化通常较小，一般这种都组成应变电桥，通过后续仪表放大器放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。电阻应变片结构示意如下图1。,其工作原理以金属丝应变电阻为例。当金属丝受外力作用时，其长度L和截面积S都会发生变化，从R=L/S式中可见，其电阻值发生改变。若金属丝受外力作用伸长，其长度增加，截面积减少，电阻值增大；当金属丝受外力作用压缩，长度减小而截面增加，电阻值减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可传输并转换获得所需数据和资料。,1.22 陶瓷式压力传感器,陶瓷式压力传感器抗腐蚀且无液体传递。压力直接作用在陶瓷膜片前表面，使膜片产生微小形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力、激励电压成正比的高度线性的电压信号，标准的信号根据压力量程不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，其具有很高的温度、时间稳定性，自带温度补偿070，并可以和绝大多数介质直接接触。,作为此类压力传感器的主要组成材料，陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。其热稳定特性及它的厚膜电阻可使它的工作温度范围高达-40135，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性、低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在我国也越来越多的用户使用陶瓷压力传感器替代扩散硅压力传感器。,1.23 扩散硅式压力传感器,扩散硅压力传感器主要由硅的物理性质所决定，与陶瓷式压力传感器类似。但是由于物理特性的局限性，导致其运用范围与领域在逐渐减少，适合于低价格低测量要求下使用。其工作原理比较简单：被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），膜片由扩散硅吸附分布，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。其应用范围也很广泛。,1.24 硅-蓝宝石式压力传感器,蓝宝石由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；其比硅坚固，硬度高，不怕形变；有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），利用硅-蓝宝石组合搀杂制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；其抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件无p-n漂移。因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。 用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高,印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。右图为 MIDA-OEM硅-蓝宝石压力传感器示意图。,1.25 压电式压力传感器,压电效应是压电传感器的主要工作原理。压电传感器中主要使用的压电材料包括石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应在这种晶体中发现。在一定温度范围内，压电一直存在，但温度超过范围后，压电完全消失（此时温度即所谓“居里点”）。由于随应力变化电场变化微小,石英逐渐被其他压电晶体替代。酒石酸钾钠具有很大压电灵敏度、压电系数，却只能在室温和湿度比较低的环境下应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能承受高温和高湿度，所以已经广泛的应用。 由于压电效应的关系，压电传感器不能用于静态测量。因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大输入阻抗时才得到保存。实际的情况并非如此，所以这决定了压电传感器只能够测量动态应力。,压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量。其中压电式压力传感器可以用来发动机内部燃烧压力的测量；也可以用于军事工业，例如用它测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式压力传感器也广泛应用于生物医学测量，比如心室导管式微音器就是由压电式压力传感器制成。由于测量动态压力的普遍性，所以压电式压力传感器的应用就非常广泛。,二、具体型号压力传感器介绍,2.1 Y-YD-7051压电式压力传感器 2.2 CYB15 系列蓝宝石高温压力变送器 2.3 TG-2018陶瓷压力传感器 2.4 CYZ102 通用压力传感器,2.1 Y-YD-7051压电式压力传感器,一、技术指标 ：,二、特 点：体积小，灵敏度高，频响高。 三、应用领域：短波、长声波、冲击波、弹丸等高频压力测量。 四、其他： 产品可提供商：绵阳市奇石缘科技有限公司 公司地址：四川省绵阳市高新区普明南路东段70-98#(三期) 联系电话电子邮件：,2.2 CYB15 系列蓝宝石高温压力变送器,一、产品简介： CYB15 系列蓝宝石高温压力变送器采用进口高精度蓝宝石压力传感器，并经过特定的信号提取及剥离等专利技术进行温度及线性化补偿，产品具有压力范围宽、温度范围广、精确度高、稳定性优良、耐磨损、抗冲击、防腐蚀等显著特点，该变送器能够长期稳定工作在高湿严寒地区，不受环境温度影响，最大压力可达200Mpa，介质温度可达200。 CYB15系列蓝宝石高温压力变送器广泛用于航天、航空、石油、化工、冶金、电力、船舶、医药、环保、科研等领域对高温气体、液体、流体、胶体的测量和控制，是测量高温介质的理想产品。,二、技术指标： 量程： 0-4、100-1000Kpa 0-2、20-200Mpa 压力形式：表压、绝压 输出信号：420 mA (15V) 二线制 010 mA (05V) 三线制 精 度：0.1 0.2 0.3 非线性迟滞重复性（%FS）： 0.1 0.2 0.3 零点漂移 （%FS/4h）：0.1 0.2 0.3 零点及灵敏度温度漂移（%FS/）：0.01 0.02 0.03 长期稳定性（%FS/年）：0.1 0.2 0.3 工作电压 （V）：1236 （标定值为24） 补偿温度 （）：参见选型表 环境温度 （）：4085 介质温度 （）：-60+200 过载能力 （%）：150 负载电阻（）：R=（U-12.5）/0.02-RD 其中：U为电源电压，RD为电缆内阻 响应时间（ms）：1 测量介质：高温气体、液体、腐蚀性和非腐蚀性介质 壳体材料：1Cr18Ni9Ti 接 口：M201.5或用户自定义 防爆等级：ExibIICT6,三、特点： 测量范围宽：0-4Kpa-200Mpa 精度高：经线性化处理优于0.1%FS 稳定性好：0.1%FS/年 介质温度范围宽：-60+200 抗干扰设计 防腐性好：钛-蓝宝石膜片 本安防爆 四、外型结构：,五、安装使用： 本产品利用M201.5接口直接安装在管道上，而不必使用安装支架。 在测量高温介质时，应使用引压或冷却装置，以便将温度降至变送器正常使用温度范围内。 露天安装时，应尽量把变送器置于通风干燥处，避免强光直接照射或雨淋，否则将降低整机 的性能及影响整机的寿命。 引出的电缆线应注意保护，在工业现场使用时，建议使用蛇皮管或铁管保护，或者把它架高。 六 、选型：,七、产品样图：,2.3 TG-2018陶瓷压力传感器,一、产品简介： 一体化厚膜压力传感器是国际上近年来才试制成功的第三代陶瓷压力传感器。TG2018陶瓷压力传感器采用钢玉陶瓷基体(99%Al2o3) ,专利压阻浆料Hybrid工艺和功能激光修调技术，确保每个传感器具有一致的电特性和可靠性。专利制造技术和一体化结构的采用，使传感器的工作温度达40至135，过载压力5倍以上.一体化厚膜压力传感器克服了普通厚膜压力传感器芯片与陶瓷环采用黏结工艺而采用芯片与陶瓷环实现一体化，从而使传感器的线性、重复性和迟滞性（Linearity, Hysteresis & Repeatability ）有显著的提高。同时，一体化结构克服了普通厚膜压力传感器芯片与陶瓷环的电气联接采用导电树脂互联而采用直接互联，传感器的可靠性、稳定性和工作温度范围大大得到提高。一体化厚膜压力传感器的优异性能，是压力传感器的发展方向。,二、 TG2018厚膜压力传感器主要技术参数： 压力范围 bar： 2 5 10 20 50 过载压力 bar ： 7 12 25 50 120 灵敏度 mV/V ：1.8-3.0 2.6-4.5 3.6-6.0 2.6-3.8 4.3-6.5 三、序 号 特 性 单 位 规 范 1 、激励电压 VDC/stabilized： 5-30 2、 桥路阻抗 k：20% 11 3 、满度信号范围 mV/V： 1.86.5 4 、零位输出 mV/V ：0-0.2 5、 线性、重复性和迟滞性 %FSO typ ：0.2-0.4 6 、参考温度范围 ：25 7、 工作温度范围 ：-40-+125 8、 稳定性 %FS/每年 ：0.2 9、 灵敏度温飘 FS/： 0.015 0-70 10、 零位温飘 FS/ ：0.02 0-70 11 、時飘 %： 0.02,四、产品样图：,2.4 CYZ102 通用压力传感器,一、产品简介： CYZ102通用压力传感器采用进口高精度、高稳定性力敏芯片，经严格精密的温度补偿而制成。可广泛用于非腐蚀性气体的表压、负压、绝压测量。 二、产品样图：,三、技术参数： 量程：0-2、100-1000Kpa 压力形式：表压、绝压、负压 满量程输出（mV）：3060 零位输出（mV）：20 精度：0.1 0.3 0.5 非线性迟滞重复性（%FS）：0.1 0.3 0.5 零点漂移（%FS/4h）：0.1 0.3 0.5 零点及灵敏度温度漂移：（%FS/）0.01 0.03 0.05 长期稳定性（%FS/年）：0.2 工作电压（V）：+3 补偿温度（）：0+60 工作温度（）：-20+80 输入/输出阻抗（）：500/1500 过载能力（%）：200 寿命1108压力循环：（25） 负载电阻（）：R=(U-12.5)/0.02-RD 其中：U为电源电压，RD为电缆电阻响应时间(ms)1 测量介质：气体膜片材料氟硅凝胶 壳体材料：1Cr18Ni9Ti或铝合金 接口：M201.5；7.5或用户自定 防爆等级：ExibCT6 防护等级：IP67,四、特点： 精度高：优于0.1%FS 稳定性好：0.2%FS/年，0.01%FS/ 温度范围宽：-25+85 功耗低 体积小，安装方便 本安防爆 五、外型结构：,六、选型：,三、压力传感器生产厂商介绍,1、西安新敏电子科技有限公司 西安新敏电子科技有限公司位于西安高新技术产业开发区，是一家专门生产、销售各类传感器及变送器，开发工控产品和设计系统工程的高新技术公司。该公司开发了精度等级、温度范围、适应介质不同的多种型号和规格的CYB系列压力差压变送器，同时提供智能型和普通型两种产品。智能型变送器有具备数字通信功能的，也有仅输出模拟信号的。在变送器核心部件-传感器的选择上，有原装进口产品、合资产品及国产产品。在传感器的类型选择上，有扩散硅压阻式、扩散硅差压式、离子溅射薄膜、陶瓷压阻式、陶瓷电容式、金属电容式及蓝宝石等。因此给用户提供了较大的选择空间，可满足各种不同的使用要求。用户对于压力变送器在精度、工作环境温度、防腐、防爆方面尽管有不同的要求，但对于变送器的可靠性、稳定性要求是相同的。因此，该公司采用高质量的电子元器件、成熟的电路设计和生产工艺，确保每一台变送器有足够高的可靠性与稳定性指标。,电 话：（029）85363083 85226221 85228402 传 真：（029）85261713 地 址：西安市长安北路39号开成大厦A座10层 销售部：西安市长安北路40号电子大楼407室 邮 编：710061 邮 箱：,2、北京联科创业科技发展有限公司 该公司是一家多年从事传感器、变送器、自动化控制系统销售、开发经验的高新技术企业。是国内外多家知名品牌产品的代理，在其和供应商鼎力合作下，将各种传感器、变送器推广到国内的各个领域。为广大客户提供一流的产品，一流的服务 。该公司和中科院、航空航天部及高等院校有密切的合作关系，承接非标产品的研制，开发和生产。 公司地址：北京市海淀区长春桥路5号（新起点嘉园）4栋 联系电话13801008087传 真邮 编：100089 公司网址：E-mail:S,3、北京高标自控设备有限公司 北京高标自控设备有限公司是主要从事暖通和楼宇自控产品的研究、开发、生产、销售于一体的高科技企业。公司总部位于北京中关村高科技园区。该公司生产的产品已经深入暖通、智能楼宇、化工、石油、电力等各行业的领域当中。公司主营产品:中央空调温控器、供热采暖温控器、三速开关、风机盘管电动阀、电动调节阀、电动蝶阀、温度传感器、湿度传感器、压差控制器、压差开关、压力变送器、水流开关、防冻开关、风阀执行器、比例积分控制器、DDC直接数字控制器、上位集成软件等。 公司名称：北京高标自控设备有限公司 公司地址：北京市海淀区学清路11号 公司网 址；HTTP:/WWW.GAUPU.COM 企业邮箱：GAUPUVIP.SINA.COM 公司电62915389 公司传四、MEMS技术压力传感器发展趋势,MEMS中文翻译为微机电系统 ，MEMS技术问世来，在压力传感器方面得到广泛应用，且不断地进行产业化发展。目前，已成为中国压力传感器最引人关注的重点之一。虽然其价值还达不到电容式原理总价值，但其总数量早已超过应用电容原理的压力变送器。相对于传统的压力传感器（如电容原理）， MEMS技术首先具有尺寸小、价格便宜的特点，这使得它的应用范围大大扩大，需求数量急剧扩大。但又由于MEMS技术温度漂移大、精度低的特点，使得它难以完全替代传统原理。 MEMS技术压力传感器在中国发展几十年来，市场规模越来越大，特别是随中国经济快速崛起，压力传感器的规模也迅速增加，就中国压阻式压力传感器诞生地陕西省宝鸡市而言，由最初的宝鸡秦岭晶体管一家，发展成以秦明、麦克公司为龙头的宝鸡传感器群约有十三家。,据“传感器资讯网（）”2006年中国MEMS技术压力传感器、变送器生产厂商名录统计，中国现有MEMS压力传感器制造商（不论规模大小）共有204家，分布在全国20个省市自治区。 看中国压力传感器的市场，必先了解中国压力传感器制造商状况。就传感器资讯网收录的204家厂商而言，其基本情况可以概括如下： 1、投资多元化，有国有独资。 2、投资力度严重不足。 3、生产环境和制造工艺良莠不齐，其中约5560%的生产方式为作坊式，3%左右有比较良好的生产环境。 4、员工人数多少不一，文化层次高低不齐。 5、大多数产品单一，同质化严重。 6、大多数厂商缺乏创新思维和能力。 7、开拓新市场的能力不足。 8、国内市场竞争火热，但仅限于价格的竞争。 9、国外推广力度不够，因而出口太少。,面对不断扩大的市场，制造厂商也有新的变化和发展。首先少数厂商为了占领较大的市场份额，加大投资力度，增加生产设备，提高生产能力；其二，通用产品的竞争使国外品牌的销售价也急骤降低，有多家国外品牌在寻求中国厂商的合作；其三，很多厂商在拓展新客户的同时，在调整市场思路走更专业化的方向。 中国MEMS技术压力传感器、变送器的总体技术现状有喜有忧。首先核心技术硅片的制造虽有突破，但其稳定性和产品均一性不够，其大批量生产的工艺并不成熟，可以说其核心芯片技术仍未完成掌握；其二，普通压力变送器的变送电路；其三，充油芯体生产工艺；其四，压力变送器的整体电路的抗干扰设计、中国大部分公司没能认真研究，大部分产品抗干扰能力差，工业环境难以使用；其五，看似简单的变送器接头，基本上由德国公司垄断；其六，由于技术的不成熟及市场对国产芯体的不信任，塑封型PCB安装压力传感器和大量的汽车及医疗器械压力传感器，其制造技术几乎处于停滞状态；其七，高稳定性、高精度及数字化的智能压力变送器，国内虽有发展，其核心技术仍未完成消化，往往只知其一，不知其二；其八，特殊及军用，航天航空压力传感器，如高频响、微尺寸、超高温、超低温，由于技术及市场因素。,在技术层面上，我们也应看到可喜的一面，许多有长期规划的厂商，开始注意专项技术问题的突破。有些还跟踪国外智能传感器的发展，并不断消化，还有很多厂商采用电容式压力变送器的智能化模块到MEMS技术中。 中国MEMS传感器市场现状和其技术现状有很大联系。市场推动技术，技术扩大市场。由于中国压力传感器厂家现状，决定或者制约了中国压力传感器的产品性能和质量，也决定了中国压力传感器的市场分布。从压力传感器精度看，综合精度0.2%以上的市场80%由国外品牌占领；精度0.20.5%之间，国内厂商占8