作为半导体敏感元件,蓝宝石的计量特性无与伦比,既不会发生滞后、疲劳和蠕变现象,也凭借极高的硬度不怕形变。此外,蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性,此类传感器可以在各种极端环境下工作,且可靠性高、精度好、温度误差极小。其缺点也很明显——价格会相比其他压力传感器贵一倍以上,应用场景一般在在高端或重型装备上。
5、压电压力传感器——动态场景优势
压电压力传感器基于压电效应而工作,从结构上看内部有一个薄圆筒,当薄圆筒内侧受到压力作用时,圆筒的内张力增大,从而使其固有振动频率升高。只要测出振筒的固有振动频率,就可知道压力大小。
压电传感器具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。但不可以应用在静态的测量当中,原因是受到外力作用后的电荷,仅在回路中有无限大输入抗阻的时候,才可以保存下来,因此只应用在动态测量当中,如压电喷墨打印头、相机中使用压电MEMS进行自动对焦等等。
此外,压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,在航空领域有特殊地位。
三、IOT时代来临,压力传感器有哪些应用场景?
纵观整个产业链,压力传感器上游主要是原材料供应商,上游厂商提供金属片、陶瓷片、硅片、蓝宝石-硅压合片等以及封装所需材料。今年大部分原材料价格的不断涨价对身处中游的压力传感器行业造成较大影响。
压力传感器的下游应用十分广泛,除了汽车制造、机械工业、医疗器械等行业,还在航空航天、消费电子等产品中使用,随着物联网时代的到来,越来越多的智能产品也急需感应元件满足消费者需求。
近些年来,新型半导体材料不断出现,让压力传感器的结构设计、敏感元件集成设计、加工工艺得以突破迭代,MEMS压力传感器供需量不断增加,其应用范围也能够走向更广阔的领域。国内知名的压力传感器供应商不少,但大部分集中在产品集成商手中,配套产品一同进行销售。以下几家压力传感器企业较具代表性:
万讯自控从事工业自动化仪器仪表的产销研造业务,其主营产品压力仪表及配件销售贡献占比连年上升,MEMS压力传感器的年产达1500万只,也从事定制化的仪表业务。
盾安环境主攻制冷配件和制冷设备,大部分制冷设备在使用时需要长期测量压力,以确保工作没有异常,于是将产品和传感器元件一并生产制造,形成自家产业链。
歌尔股份在高保真耳机代工上堪称一枝独秀的,2020年销售收入近600亿,将近50%的收入都来自大客户苹果耳机。歌尔的电子元器件业务占比98%,其主要产品入耳式耳机内部有MEMS芯片和传感器,以满足耳机的各种交互功能。
威尔泰作为仪器仪表厂商,要收入和利润来源是压力变送器。
压力传感器的行业集中度较高,全球行业内前三名所占市场份额高达48%,博世(Bosch)、泰科电子(TE Connectivity)和英飞凌(Infineon)三家近乎半壁江山。除了这些压力传感器的生产巨头之外,还有像霍尼韦尔、意法半导体、森萨塔等海外集团公司占据着大量的市场份额。
四、压力传感器行业发展趋势:微型化、场景化、协同化
中国压力传感器的研发和制造目前尚处于起步期,未出现具有一定经营规模的企业,掌握核心部件研发和制造能力的企业十分稀缺。不仅如此,目前高精度的国产压力传感器,其内部晶片或者芯体大多仍需进口,但在全球疫情以及中美国际贸易关系的影响下,海外供货受阻,供应周期拉长,这使得研发自主设计生产的国产压力传感器芯体迫在眉睫。
微型化是压力传感器研发的一大趋势,厂商们正不断地缩小压力传感器的体积。MEMS压力传感器的出货量逐年上升,多元化的应用场景也在不断拓宽,智能家居、管道检测、车联网、智能制造中都会大量使用压力传感器。
同时,多传感器协同的情况也会普遍地出现在各种智能产品中,通过多传感器的融合与协同,提升了信号识别与收集的效果,也提高了智能设备的集成化程度,节约了内部空间。相信在未来,物联网时代,压力传感器的应用会越来越多。