压力传感器 特集

1. 引言

压力传感器是将气体或液体等流体的压力转换为电信号的压力转换器的总称。

压力传感器检测和测量的压力类型，大致分为以下三种。

①以大气压力为基准所表示的压力大小 = 表压

②以绝对真空为基准所表示的压力大小 = 绝压

③相对于某一任意比较的压力(基准压力)所表示的压力大小 = 差压

2. 压力传感器原理

压力传感器在受压部使用应变片作为压力敏感元件，通常是将金属箔式应变片或是膜片粘合到圆柱形弹性体上。由于膜片受到压力而变形，将这种物理变形引起的电阻变化转换为电信号以检测和测量压力。

尼得科科智博电子提供两种传感方式的压力传感器：半导体压电阻型(Si-MEMS)方式和使用压电薄膜(SUS隔膜)方式。每方式都有个自的特点，我们根据用途提供种类繁多的压力传感器产品。

让我们仔细看看每种方式的工作原理。

Ⅰ.半导体压电阻型 （Si-MEMS方式）

隔膜横截面

Si-MEMS 方式主要利用了单晶硅的压阻效应，是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。

单晶硅用于压敏元件以形成隔膜。通过热扩散在硅单晶上形成的压阻效应，接收隔膜在压力下的变形作为应力。

如下图所示，连接4个压电电阻，组成惠斯通电桥电路。该桥式电路由恒定电流(标称电压DC 1.5mA)驱动。当施加压力时，R2和R3的阻值增加，另一个R1和R4的阻值减小，导致电桥电路不平衡，输出端出现电压差。该电压差成为与压力成正比的输出电压。负压原理与正压原理相同，只是极性相反而已。

右侧隔膜的截面图中，为了便于理解，故意夸大了隔膜的变形(拉伸或弯曲)(指红色虚线部分)，但实际隔膜变形量极小，几乎是几微米无法看到的。由于Si-MEMS方式，可以通过轻微的机械变形获得很大的电阻变化。作为压力输出特性，特征是相对于扭曲量(=应变比)的输出转换效率高。

Ⅱ. 压电薄膜传感器（SUS隔膜法）

压电薄膜传感器元件横截面图

Ⅱ. 压电薄膜传感器（SUS隔膜方式）

该方式具有通过绝缘膜在金属隔膜上形成一种薄膜动态应变的结构。当施加压力时，金属膜片发生变形，形成在膜片上的薄膜应变片发生变形，从而检测出应变片电阻值的变化。

如下图所示，薄膜型传感器也与硅MESM一样，连接四个薄膜电阻，形成惠斯通电桥电路。薄膜电阻由恒定电压驱动，当施加压力时，金属膜片上形成的薄膜电阻发生变形(拉伸或弯曲)以检测表电阻值的变化，得到与压力成正比的电压信号。

与Si-MEMS方法相比，压力输出特性小，因此不适用于低压区域，适用于需要高真空的高压应用环境里。另外，这种方法的特点之一是可以拓宽工作温度范围，受温度影响小。

1. 历 史

我们的压力传感器业务，自从1980年开始制造和销售电子血压计以来，已经发展并持续了40多年。现在被广泛应用于半导体制造设备・工业机械・医疗设备・分析设备・测量设备和液压设备等各个行业。

业务基地是枥木县的佐野事业所。我们在这里生产从传感器芯片到最终产品的所有业务，如今已发展成为我们公司的领先业务。

2. 丰富的产品阵容

我们拥有模块型，内置放大器型，通过施加特定的压力值来打开和关闭压敏元件的触点的压力开关，以及带显示的压力计等，多种不同形式的压力传感器产品。传感器元件的种类有，半导体压电阻型Si-MEMS方式和压电薄膜(SUS)方式。其中Si-MEMS方式有，用于非腐蚀性气体的单晶硅膜片和通过在接液部分设置SUS隔膜构成硅双隔膜(硅油封装隔离)和，可用于液体等腐蚀性介质里的两种。我们根据用途和环境适当使用传感器元件，并将其开发成各种最终产品。

方 法	Si-MEMS (单晶硅薄膜)	Si-MEMS (双薄膜)	金属薄膜 (SUS薄膜)
构 造
	单晶硅元件通过玻璃中包含的Na离子通过阳极键合而键合到玻璃基座上。元件直接接收介质。	SUS隔膜通过激光焊接与外壳连接，压力通过硅油传送到硅元件里。	通过使绝缘膜穿过SUS薄膜片，气相沉积形成压电薄膜。
介 质	无腐蚀性气体	不腐蚀接液部材的气体/液体	不腐蚀接液部材的气体/液体
特 征	通过使用绝缘膜穿过金属膜片，气相沉积形成压电薄膜 特性随温度而变化，但在一定温度下再现性高 压力高/输出大，高精度 (在额定100 kPa里，约100 mV) 无机械运动部件，使用寿命长 大批量生产和低成本制造可能		适用于真空, 高温和低温 温度引起的特性变化很小 通过单一型号的批量生产可以实现低成本制造 电解抛光对应
压力传感器各种阵容系列
压力传感器模块	P-2000, P-3000S	P-8300, P-8305, P-8505	―
内置放大器 压力传感器	PA-20, PA-500	P-7100, PA-750/758, PA-800, PA-830/838, PA-838-D, PA-850/858, PA-860/868	高真空对应: PA-920S/928S 高温対応(~150°C): PA-930/930-A 高圧/低·高温対応(-40~125°C): PA-970S/971S/972S/973S/978S
压力开关	PS20, PS30, PS40, PS6, PS60	PS8, PS83, PS85, PS86	高真空対応: PS91 高圧/低·高温対応(-40~125°C): PS97
压力显示计 便携式数字压力计	PG-30, PG-200,PG-100N	PG-35, PG-75, PG-208, PG-100B	高真空対応: PG-20, PG-35L 高圧対応: PG-35H

※此外，还标准阵容 PZ-30 和 PZ-200 两个系列的压力指示器。

近年来，我们还积极推出带有比例输出的内置小型放大器的类型和使用薄膜元件的高真空・高压・高温对应的新产品等，正在扩大我们的业务领域。

1. 一站式业务架构

我们充分利用半导体技术从传感器元件内部制造，并通过安装，温度补偿，电子电路附加和外壳等工艺进一步开发和制造压力传感器最终产品。

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  硅片 ⇒ 传感器元件
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  压力传感器模块
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  内置放大器的各种压力传感器

对应多品种・小批量的生产为基础，从开发设计到传感器元件制造工程，产品组装工程/校准，全部在各部门的综合品质管理下进行是我们最大的特点。并且可以详细对应特殊规格和各种客户需求的这种业务结构正是我们的强项。

2. 定制产品个别对应

― 个别对应方针 ―

对于个别对应的敝司方针为如下。

我们的压力传感器供应系列总数为92机种，按型号数为1,992种。其中，个别对应，即所谓的特殊产品，按货币计算占总数的近80%。结果表明，我们已经能够响应市场和客户的个别要求提供了许多产品和服务。下面，我们将介绍一些特殊产品的具体例子。

个别对应实例

1. 电解抛光+无油处理+清洁包装

电解抛光/无油处理/清洁包装，通常是半导体制造设备中的在线管道应用种必不可少的。首先，在「电解抛光」中通过化学抛光提高平整度，使受压部分不残留杂质。此外，「无油处理」通过清洁受压部分的有机物来防止污染。同样，「清洁包装」可防止来自外部的污染，并保证压力传感器产品在客户使用之前的清洁状态。

2. PA-75系列: 电缆连接器对应 /电缆本体直出

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  标准型号
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  ①电缆连接器规格
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  ②电缆本体直出规格

PA-750/758 系列的标准产品使用连接器类型，以便主体和电缆可以连接和拆卸，电缆尖端有引线。还有根据市场/客户的需求，具有(1)指定连接器的安装和(2)从主体直接电缆输出的两个实绩。

3. PS20: 特殊接头规格

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  标准型号
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  特殊接头规格

PS20系列的标准产品是M5公螺纹和M5母螺纹，但我们根据市场需求提出了对应特殊接头的方案，这些接头可以在延长模块尖端并制作M5孔后用安装螺钉固定。

4. 其他 案例

a. 规格/性能变更

b. 外观/形状变更

c. 其他

最终，我们将考虑业务可行性等做出适当的决定。请参考上述内容，随时通过以下按钮与我们联系以获取定制产品对应和共同开发的要求。

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  常见问题 FAQ