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      淺談濺射薄膜壓力傳感器的國內外發展歷史

      發布時間:2018-3-9??????發布人:湖南澤天??????點擊:

      在國內,我國自50年代就開始了粘貼應變式壓力傳感器的研究,直到70年代,國內壓力傳感器商品仍然以粘貼式和早期的機械式壓力傳感器為主。進入80年代我國才開始引進生產線生產電容式壓力傳感器,并大量用于工控領域。同時期,電子部等單位自行開發的擴散硅壓力傳感器也形成小批量生產能力,但技術水平與國外同類產品相比有較大差距,主要表現在溫度性能、長期穩定度等技術指標方面。

      國內濺射薄膜壓力傳感器的研究工作也始于80年代初期,如陜西晶體管廠、計量局等單位早有實驗結果的文獻報道,但至今未形成規?;唐坊a,仍停留在實驗和試制階段。90年代,國內有研究機構開始采用離子束濺射方式制備濺射膜壓力傳感器并小量應用于軍事裝備。

      在國外,國外40年代發明了粘貼應變式壓力傳感器,隨后幾十年,各國都致力于該產品中的粘貼劑和補償技術等方面的研究,使產品技術得到很大發展。70年代前后基本上取代了機械式的壓力傳感器,但是粘貼式應變壓力傳感器中粘貼膠的弊端無法消除,產品性能受到限制。

      60年代,荷蘭、法國等先后提出了薄膜壓力傳感器的開發設想,即利用薄膜技術將應變電阻直接制作在彈性材料上,代替粘貼工藝,但當時受到設備和工藝的限制,該技術的發展較慢。同時期電容式壓力傳感器和擴散硅壓力傳感器得到迅速發展,產品在工業過程控制、汽車、衡器等領域得到大量應用。

      由于電容式壓力傳感器體積笨重,抗振動、沖擊等惡劣環境能力差,而擴散硅壓力傳感器存在溫度漂移大的致命弱點,使各發達國家自70年代以后又加大了對薄膜壓力傳感器的研究投入。荷蘭Could公司首先報導了研究結果;壓力傳感器連續工作8年,零點漂移小于千分之一。70年代中期,美國、法國報道了利用陰極蒸發等工藝制造薄膜壓力傳感器的技術成果。80年代后, 德國、俄羅斯等國也相繼報道了利用磁控濺射等方法制造的產品成果,薄膜壓力傳感器的優良性能得到世界傳感器行家的公認。

      目前,薄膜壓力傳感器在國外主要用于軍事(如美國用于阿波羅飛船、俄羅斯于用聯盟號飛船和暴風雪-—能源號航天飛機、法國用于阿迪亞娜運載火箭)、核工業、油井等惡劣環境,正推廣應用于工控、船舶、機械等其它領域。

      近幾年來,我國壓力傳感器制造技術雖有長足的進步,但縱觀全局,我國壓力傳感器的整體水平與國外發達國家比仍有較大差距,一些核心制造工藝技術還嚴重滯后于國外。所以有不少國內傳感器制造單位主要依靠進口國外關鍵器件(如壓力芯片)進行組裝。更多的公司、企業則主要從事國外產品的推銷和代理,顯然,這是一種純粹的商業行為,對國內傳感器的發展不能起積極作用。

      薄膜壓力傳感器

      從技術角度看,目前市場上常見的有擴散硅式、差壓電容式、陶瓷壓阻式、金屬應變片粘貼式等多個品種。濺射薄膜式壓力變送器的一大突出特點是受溫度影響小。在溫度變化100℃時,零點漂移僅為0.5%。其溫度性能遠優于擴散硅式壓力變送器,由于濺射式以惠斯頓電橋與彈性不銹鋼膜片間有很好的匹配并成為一體,而不存在任何膠粘劑。所以比粘貼式應變片傳感器顯示出高的長期穩定性與可靠性。國內壓力傳感器仍處于落后水平,在壓力傳感器的生產環節中存在“瓶頸”現象,研制和生產的水平不高,造成主要性能指標和國外有較大差距,特別是穩定性可靠性問題沒有得到根本解決,有人稱這為是“國產壓力傳感器的硬傷”,極大地限制了國產壓力傳感器的使用范圍和可信程度,有些高性能產品不是靠工藝保證,而是靠篩選、試用。由于質量沒有保證,許多需要高性能的壓力傳感器還不得不依賴進口,在一些重大工程如化工、電站、冶金、石油、環保、機械等領域中,目前仍有較大壓力傳感器依賴進口。這種情況,無疑對國產武器裝備的研制和保障是極不利的。

      目前,國內現有離子束濺射技術淀積薄膜小批生產薄膜壓力傳感器產品,少量提供軍品。與國外技術水平的差距,主要表現在薄膜壓力芯片性能難以兼顧高溫范圍和低溫范圍,質量難以控制等方面。究其原因,主要是對薄膜壓力芯片制作這個關鍵工藝沒有吃透,要解決薄膜壓力芯片制作中的關鍵問題、關鍵技術,才有可能徹底提薄膜壓力高傳感器的穩定性和可靠性。本文源自澤天傳感,版權所有,轉載請保留出處。

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