A história moderna dos sensores de pressão

Em todos os tipos de sensor Os sensores de pressão, com seu pequeno volume, leveza, alta sensibilidade, estabilidade e confiabilidade, baixo custo e fácil integração, podem ser amplamente utilizados em medições e controle de pressão, altura, aceleração, fluxo de fluidos, vazão, nível de líquidos e pressão. Além disso, também são amplamente utilizados em conservação de água, geologia, meteorologia, química, medicina e saúde, etc. Graças à tecnologia que combina processos planares com processamento tridimensional, a integração é facilitada, permitindo sua utilização na fabricação de medidores de pressão arterial, anemômetros, hidrômetros e outros dispositivos. manômetro Dispositivos eletrônicos e de alarme automático, etc. A tecnologia dos sensores de pressão atingiu seu nível de maturidade, abrangendo todos os tipos de sensores, com desempenho mais estável e a maior relação custo-benefício em sua classe. Portanto, para profissionais técnicos que atuam em medição e controle automático modernos, é fundamental compreender e estar familiarizado com o estado atual da pesquisa e as tendências de desenvolvimento de sensores de pressão, tanto nacionais quanto internacionais. O desenvolvimento dos sensores de pressão modernos é marcado pela invenção do sensor semicondutor, que pode ser dividido em quatro estágios. Acompanhamos a indústria de instrumentos e medidores para identificar esses quatro estágios: Estágio 1 (1945-1960): Este estágio foi marcado principalmente pela invenção do transistor bipolar em 1947. Desde então, as características de aplicação dos materiais semicondutores se tornaram mais amplas. Smith, C. (1945) descobriu o efeito piezoresistivo do silício e do germânio, ou seja, quando uma força externa atua sobre o material semicondutor, sua resistência se altera significativamente. De acordo com o princípio do sensor de pressão, uma lâmina de resistência de deformação é colada em uma película metálica, medindo o sinal de força e convertendo-o em um sinal elétrico. Nesta fase, o tamanho mínimo era de cerca de 1 cm. Na segunda fase (1960-1970), com o desenvolvimento da tecnologia de difusão de silício, técnicos em silício (001) ou (110) selecionaram o cristal apropriado para espalhar a resistência de deformação diretamente na face do cristal e, em seguida, na parte posterior, formar uma fina membrana elástica de silício, conhecida como copo de silício. Este sensor de copo de silício, com seu pequeno volume, leveza, alta sensibilidade, boa estabilidade, baixo custo e fácil integração, apresentava as vantagens do metal – o silício eutético – e oferecia potencial para desenvolvimento comercial. 3.ª etapa de comercialização (1970-1980): Na teoria de difusão em copo de silício, com base na aplicação da tecnologia de corrosão anisotrópica de silício, a tecnologia de processamento de sensores de silício por difusão, com diferentes técnicas de corrosão de silício, prioriza o controle automático da espessura do filme de silício por meio de processamento anisotrópico de silício. Os principais métodos utilizados foram: ranhura em V, suspensão automática com boro espesso, oxidação anódica, suspensão automática e suspensão automática controlada por microcomputador. Devido à possibilidade de corrosão simultânea em múltiplas superfícies, milhares de membranas de silício sob pressão podem ser produzidas ao mesmo tempo, viabilizando a integração do processo fabril e reduzindo ainda mais os custos. 4. Etapa de processamento mecânico (1980 - ) O final do século passado trouxe o surgimento da nanotecnologia, possibilitando o desenvolvimento da tecnologia de processamento micromecânico. Através do processo de usinagem, é possível controlar por computador o sensor de tensão estrutural, permitindo seu controle em escala micrométrica. O uso dessa tecnologia permite o processamento e a gravação de sulcos, peças e membranas em escala micrométrica, fazendo com que o sensor de pressão entre na fase micrométrica. Circuitos integrados (sensores de pressão MEMS podem usar circuitos integrados similares) permitem o projeto e o processo de fabricação de alta precisão e baixo custo para produção em massa, abrindo caminho para a eletrônica de consumo e para o controle de processos industriais com sensores MEMS de baixo custo, tornando o controle de pressão simples, fácil de usar e inteligente. Sensores de pressão tradicionais são baseados na deformação mecânica de elastômeros metálicos, convertendo a deformação elástica da grandeza mecânica em energia de saída. Portanto, sensores de pressão MEMS não podem ser tão pequenos quanto circuitos integrados, e seu custo é muito maior. Comparado com sensores mecânicos tradicionais, o sensor de pressão MEMS é menor, com tamanho máximo de 1 µm. cm, oferecendo melhor custo-benefício em comparação com os métodos tradicionais e outros; Mecânica e abrangente; Melhoria significativa na tecnologia de fabricação. A tendência futura do desenvolvimento do campo de pesquisa de sensores de pressão em todo o mundo é muito ampla, permeando quase todos os setores, mas basicamente apresenta as seguintes tendências, como a fábrica de equipamentos de instrumentos Katie observa novamente: 1. Miniaturização: a demanda atual do mercado por sensores de pressão pequenos é cada vez maior. Sensores pequenos podem operar em condições extremas, exigem pouca manutenção e têm um impacto mínimo no ambiente ao redor. Podem ser colocados em órgãos vitais do corpo para coletar informações, sem afetar a vida normal das pessoas. Por exemplo, o sensor Entran, dos Estados Unidos, tem faixa de 2 a 500 psi e diâmetro de apenas 1,27 mm, podendo ser colocado em vasos sanguíneos sem grande influência na circulação sanguínea. 2. Integração: sensores de pressão integrados têm sido cada vez mais combinados com outros sensores de medição para formar um sistema de medição e controle. A integração em sistemas de controle de processos e automação industrial pode melhorar a velocidade e a eficiência das operações. 3. Inteligência: Devido ao surgimento de circuitos integrados, é possível adicionar processadores ao circuito integrado, permitindo que o sensor possua funções como compensação automática, comunicação, autodiagnóstico, lógica e outras. A quarta tendência de desenvolvimento dos sensores de pressão, que antes se concentrava na indústria de máquinas, expandiu-se para outros campos, como componentes automotivos, equipamentos médicos e sistemas de controle de energia e meio ambiente. A quinta padronização estabeleceu padrões para o projeto e fabricação de sensores, consolidando normas industriais específicas.

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