淺談物聯網時代壓力傳感器芯體的選型
在物聯網時代，對于液體及氣體的壓力參數測量會越來越多，例如智慧消防栓，智能水表，智能家居，以及汽車及家電等行業，工程師對如何選擇壓力傳感器芯片的問題上，面對眾多原理及不同產品系列（例如充油硅，MEMS，陶瓷電阻/陶瓷電容，應變片，濺射薄膜等），不知如何選擇，也不知其優劣，往往人云亦云，不知其所以然。
針對壓力傳感器工程選型的問題，結合我司多年在自動化及物聯網傳感器使用的經驗，現就不應用場合下，結合壓力測量的量程、精度要求、介質種類、及綜合成本四個關鍵指標，就不同種類的壓力傳
感器選型要點，簡要說明如下：
一、 不同量程及行業性質，決定使用何種類型的傳感器
對于高中低壓的區分，往往存在歧義，一般來講，在工業領域，在0-100Kpa(1bar)到500Kpa（5bar），屬于低壓應用，5bar-600bar,中壓領域，600bar以上，屬于高壓領域。每個行業使用的壓力傳感器往往有其行業的特點，例如汽車行業，陶瓷壓力傳感器應用廣泛，對于三一重工等液壓行業，屬于高壓領域，采用濺射薄膜居多，在選型時，這些行業使用的經驗具有指導性的作用，多與行業人士溝通，其選型的邏輯及理由，非常重要。
低壓領域，例如醫療用呼吸機屬于低壓領域，在這段量程范圍以使用MEMS，擴散硅傳感器芯片居多，但在某些行業，例如食品，考慮衛生要求，以及噴墨打印機有耐腐蝕要求，也有選擇尺寸比較大的陶瓷電容或陶瓷電阻，例如E+H公司部分產品，可以在+-7Kpa范圍內使用，用于液位及壓力測量，陶瓷壓阻式產品也可以測量到此量程，其傳感器芯體直徑在32mm左右。
在中壓領域(5-600bar)，對于不存在3倍以上爆破壓力的地方，普通凹膜陶瓷壓阻式壓力傳感器完全可以勝任，例如幾乎95%以上的空壓機均采用陶瓷壓阻式壓力傳感器，加上近年來在陶瓷壓阻傳感器結構改良方面，參照陶瓷電容的結構，已經開發出平膜陶瓷壓阻式傳感器產品，其耐爆破壓力水平甚至可以超過標稱量程10倍以上，加上陶瓷良好的耐高溫，耐腐蝕特性，不受測量介質介電常數影響的特點，基本上在中壓測量領域，以極高的性價比成為中壓測量領域的首選。
在高壓領域，例如建筑機械，壓鑄機，注塑機等，傳感器對耐受液壓沖擊要求有比較強的能力，一般來說會采用金屬彈性體作為壓力傳感器的首選，主要原因在于對比陶瓷，金屬（一般采用17-4PH材質）有比較好的韌性，在爆破壓力方面其可靠性會相對陶瓷要好。
在高壓方面，傳感器主要采用有濺射薄膜及應變片作為壓力傳感器芯片，其信號輸出均在1-2mV/V，我司針對高壓此應用，結合我司材料及工藝技術優勢，正在開發適用在高壓領域的產品，將推出厚膜金屬高壓傳感器，其工藝與陶瓷壓阻式原理相同，信號輸出會在2-3 mV/V，采用激光修調，主動溫補等我司獨特工藝，其性能將高于以上濺射薄膜及金屬應變片原理的產品，抗糯變，高精度產品，可量產的金屬厚膜傳感器屬于行業內首創產品，敬請期待！
二、測量精度的選擇原則
對于精度的選擇，并非越高越好，以適合應用為原則，高精度的壓力傳感器，往往價格高昂，許多標稱精度比較高的產品，往往存在使用條件的限制，其所指的使用范圍是有限的，對于其規格書上標稱的條件，要進行仔細審核及驗證才可以使用，否則會誤導工程師。
從傳感器輸出信號大小來分，在相同壓力量程下，MEMS及擴散硅產品滿量程輸出在5-20mV/V，厚膜陶瓷傳感器在2-4mV/V，（我司產品在3mV/V以上），濺射薄膜及應變片輸出在1-2mV/V，單從參數來說MEMS與擴散硅比較高，陶瓷壓阻要次之，濺射薄膜及應變片更低，按理來說，其測量精度要高，實際上，由于MEMS與擴散硅產品，采用半導體工藝制作敏感電阻，除應力外，敏感電阻的變化其受溫度影響極大（TCR在2000-3000ppm以上），在應用時，由于溫度影響，綜合精度并非像輸出比例那樣，使用及標定時需要充分的溫補及標定才能達到理想值?，F在隨著高精度模擬及數字集成電路的發展，后端放大IC，ASIC的處理能力已經達到24bit ADC，并且其單顆成本大幅度下降，雖然陶瓷壓阻式壓力傳感器輸出信號值相較MEMS稍低，但只要輸出型號穩定，如采用128倍甚至256倍前級放大，后置電路采用高位(16-24bit)ADC的后端模數轉換電路，（市售采用專用的混合ASIC已經達到24位ADC），其綜合測量精度不在擴散硅以下，并能夠滿足實際的需要（0.5%FS-1%FS以內），陶瓷壓阻式壓力傳感器的精度
正在提高，逐漸替代擴散硅等產品，在工業及民用領域得到大量的應用。
三、 測量介質，極限使用范圍
測量介質分為氣體及液體，氣體中又分為潔凈氣體與含水，含油氣體，液體也分為油水等介質，主要是導電率，介電常數，化學成分不一樣，一般來講，MEMS及擴散硅無法與實際空氣及液體接觸，必須采用充油硅或其他膠體進行隔離，得益于陶瓷壓阻式壓力傳感器采用陶瓷膜片，由于陶瓷材料耐腐蝕，不受介質介電常數影響（陶瓷電容式壓力傳感器，如不在接觸面進行端面隔離，其電容量會受到接觸介質的介電常數影響，無法精準測量水，含水油類物質等壓力）。
在某些領域使用時，MEMS及擴散硅相應速度及耐環境特性受到其材料限制，無法在超過120度下使用，民用級別產品甚至在80度以上出現溫度飄移，所以MEMS及擴散硅產品每顆均需要在不同溫度下補償及標定，成本居高不下，而陶瓷厚膜壓力傳感器產品，其敏感電阻溫度系數在100ppm以下，敏感度溫度系數低于10ppm（我司實測數據），加上我司獨創的主動溫補激光調節工藝，在-40度到125度范圍內，在一定精度內，可以實現零溫飄的功能。
四、 綜合成本
物聯網時代，對壓力傳感器的要求是大批量，高可靠，低成本，精度滿足使用需求，在傳感器選型時，除以上所述的技術因素外，成本也是必須要考慮的因素，成本不僅僅是材料成本，也包括調試成本，維修成本，采購渠道及可替代性，交貨期等等，是一個多種綜合因素的組合。
一般來講，如采用MEMS及擴散硅芯片需要二次充油及封裝，單顆模組價格在60-200元之間，后續組裝成本及標定成本也是非常貴，綜合來說，市場價格在300-400元是正常的區間。
近年來，除SENSATA外，國產陶瓷電容的芯體在10-20元，不算貴，但后端電容處理電路ASIC昂貴（8-20元），而且此類芯片基本掌握在日本瑞薩RESAS（原IDT），SENSATA,邁來芯等少數幾家公司手中，綜合成本在30元左右，基本用在汽車及空調壓力傳感器上，如采用此方案或受制于人，生產成本也是比較貴濺射薄膜芯體價格昂貴，焊接成本貴，應變片產品存在粘接成本高，產品不穩定等特點，無法大批量使用，適合小量生產。
能夠符合大批量，高可靠，低成本，精度滿足使用需求幾點要求，并能夠拿到國產化的調理芯片的壓力傳感器種類只有陶瓷壓阻類壓力芯體，其綜合成本最低。
我司已經建成國內最大的陶瓷壓阻式壓力傳感器自動生產線，內部電路采用高穩定性電路及主動溫補工藝，在傳感器標定時只需針對壓力進行標定，可以大幅度降低調試成本，結合國內久好電子，納芯微電子等國產調理芯片，可以實現核心器件及芯片自主可控，從而實現低價格，大批量生產及應用的前景。
對于有誠意登記并通過我司審核的公司及個人，我司承諾免費提供開發樣品及技術支持，以良好品質，優惠價格，優良服務為宗旨，歡迎各位工程師咨詢！
