我国压力传感器独占全球市场五分之一，行业迎来新发展

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传感器是一个极其特殊的行业，它的产值不算高，2019年我国市场规模约2200亿人民币，但却有数万个品类，几乎遍布所有产业和每个国民经济的角落。它集机械、光、电于一身，能精确衡量压力、温度、浓度、速度等，却又受制于芯片、材料、电路的发展瓶颈。它的原理透明，但工艺却非常复杂，是制造业中少见的带有“手艺”气息的工业品，技术诀窍深藏在工艺之中。

图源：Flickr

我国传感器行业起步较晚，核心技术缺失，因而以中低端制造为主，随着近年智能制造、工业物联网、人工智能等热火朝天的发展，特别是MEMS技术的发展，半导体传感器朝着微型、低功耗、高精度方向发展，传感器行业迎来了第二春。

本文着重介绍压力传感器的基础应用和未来方向。

一、压力传感器传输原理

压力是指发生在两个物体接触表面的作用力，同时包含不同形态下的作用力，一般可分为气压、液压、固压三种情况。压力传感器通过感受压力信号，将压力信号转换成可用的输出的电信号器件或装置，以便辅助机器完成判断，因而成为IOT感知层技术的基石。

在过去几十年中，汽车行业一直是推动压力传感器需求的主要行业，迄今为止，压力传感器已广泛应用在管道液压、消防、智能汽车、智慧医疗、航空航天等众多领域。2020年全球压力传感器市场规模已达16.5亿美元，合计人民币104亿元，据新思界产研中心报告显示，压力传感器的份额约占20%，仅次于流量传感器。

二、5大压力传感器及应用场景

压力传感器有多种分类方式。从工作原理来划分，压力传感可分为压电式、压阻式、应变式、电容式等。从使用材料和传感原理来看，主要有应变式压力传感器、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5种。

1、应变片压力传感器——高精度 最广泛

电阻应变片压力传感器的核心是电阻应变片，即一个受力会形变的金属片。当应变片受外力影响时，其长度和截面积都会发生变化，进而改变电阻值。比如当金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。

应变式传感器可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量，在不同领域间的应用也最为广泛。尤其应用在高精度要求的工业称量系统产品，如平台秤和料斗称量系统。

2、陶瓷压力传感器——抗磨损 够稳定

弹性好、抗冲击、抗磨损、性能稳定……陶瓷是压力传感器的理性材料。陶瓷压力传感器没有液体的传递，而是以陶瓷直接作为感应膜片，让压力间接作用于陶瓷膜片背面的厚膜电阻， 连接成一个惠斯通电桥，电阻阻值变化后通过电桥产生一个与压力、激励电压成正比的电压信号。

相比金属应变片，陶瓷压力传感器最大的特点就是抗腐蚀，在测量腐蚀性介质的压力时，如在化工、制冷等领域中往往大显身手。其次，陶瓷压力传感器常以分层结构组成，故有较好的抵抗压力峰值的作用，但相应的灵敏度可能没有前者表现优秀。

3、扩散硅压力传感器——小体型 大信号

其原理是被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上，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，并依靠电子线路检测到变化，迅速转换、输出相应的标准测量信号。

扩散硅压力传感器的一个显著优点是信号输出大，为后端变送调理线路提供了很大的优势，加上分辨率高，灵敏度高，其可选的后端电路更多。其次，扩散硅的体积小巧利于安装，可以广泛应用在医疗器械中，用于辅助生物监测。

4、蓝宝石压力传感器——精度准价格高

与第1种应变电阻式工作原理类似，受到传输压力后其接收膜片发生形变，变化被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥将输出和压力呈现正比的变化电信号。