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壓力傳感器與檢測儀表的發(fā)展歷程及應(yīng)用
在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，壓力傳感器與檢測儀表扮演著不可或缺的角色。壓力傳感器作為一種將非電量轉(zhuǎn)化為電信號的器件，其精確性和穩(wěn)定性對于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制至關(guān)重要。而檢測儀表則在模擬電子技術(shù)的支持下，通常包含傳感器、檢測點取樣設(shè)備、放大器（用于抗干擾處理及信號傳輸），以及電源和現(xiàn)場顯示部分（可選）。電信號主要分為連續(xù)量和離散量兩種，但實際上還可細(xì)分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量等。模擬信號傳輸通常采用統(tǒng)一信號標(biāo)準(zhǔn)，如4-20mA DC等。
在數(shù)字化時代的浪潮中，檢測儀表經(jīng)歷了***的技術(shù)革新與迭代發(fā)展。近年來，多采用ASIC（**集成電路）技術(shù)，并將傳感器、微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口集成在一個器件中，實現(xiàn)信息獲取、處理、傳輸、存儲等功能的一體化。在自動化儀表領(lǐng)域，檢測儀表常被稱為變送器，例如問題變送器、壓力變送器等。這些變送器不僅提升了測量精度和穩(wěn)定性，還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控，為工業(yè)生產(chǎn)過程提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
壓力傳感器的歷史可追溯到70多年前。其發(fā)展歷程可劃分為以下四個階段：
1、發(fā)明階段（1945-1960年）
這一階段以1947年雙極性晶體管的發(fā)明為重要里程碑。自此，半導(dǎo)體材料的特殊性質(zhì)開始得到廣泛應(yīng)用。1945年，史密斯（C.S.Smith）發(fā)現(xiàn)了硅與鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)外力作用于半導(dǎo)體材料時，其電阻會***變化?；谶@一原理，研究人員制成了早期的壓力傳感器，通過將應(yīng)變電阻片粘貼在金屬薄膜上，將力信號轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行測量。這一階段制作的傳感器**小尺寸約為1cm。
2、發(fā)展階段（1960-1970年）
隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)人員能夠在硅的（001）或（110）晶面上選擇合適的晶向，直接將應(yīng)變電阻擴(kuò)散在晶面上，并在背面加工成凹形，形成薄而堅韌的硅彈性膜片，人們稱之為硅杯。這種形式的硅杯傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低、便于集成化等***優(yōu)點，成功實現(xiàn)了金屬與硅的共晶體結(jié)合，為商業(yè)化發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
3、商業(yè)化階段（1970-1980年）
在這一階段，基于硅杯擴(kuò)散理論，硅的各向異性腐蝕技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。擴(kuò)散硅傳感器以其獨特的加工工藝，以硅的各項異性腐蝕技術(shù)為**，不斷發(fā)展成為能夠自動控制硅膜厚度的先進(jìn)技術(shù)，其中包括V形槽法、濃硼自動中止法、陽極氧化法自動中止法和微機(jī)控制自動中止法等。由于可以在多個表面同時進(jìn)行腐蝕操作，數(shù)千個硅壓力膜片可實現(xiàn)同時生產(chǎn)，從而實現(xiàn)了集成化的工廠加工模式，進(jìn)一步降低了成本，為大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)提供了有力支持。
4、微機(jī)械加工階段（1980年至今）
自上世紀(jì)末納米技術(shù)的出現(xiàn)，微機(jī)械加工工藝得以實現(xiàn)突破。通過這一工藝，可以由計算機(jī)精確控制加工出結(jié)構(gòu)型的壓力傳感器，其線度甚至可以控制在微米級范圍內(nèi)。利用這一技術(shù)，可以蝕刻出微米級的溝、條、膜等精細(xì)結(jié)構(gòu)，使得壓力傳感器進(jìn)入了微米級時代。這種技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動了壓力傳感器的微型化和精密化發(fā)展。
如今，壓力傳感器廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)領(lǐng)域。近年來，隨著家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展，對傳感器的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，從而推動了傳感器制造業(yè)的迅猛發(fā)展，進(jìn)一步拉動了工業(yè)設(shè)備特別是半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)的繁榮。
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