“缺芯”之痛与世界半导体江湖

“缺芯”之痛与世界半导体江湖,第1张

2019年5月,美国商务部将华为列入实体清单,禁止美国企业向华为出口技术和零部件;2020年5月,美国进一步升级对华为贸易禁令,要求凡使用了美国技术或设计的半导体芯片出口华为时,必须得到美国政府的许可证,进一步切断华为通过第三方获取芯片或代工生产的渠道。

此前,高通、英特尔和博通等美国公司都向华为提供芯片,用于华为智能手机和其他电信设备,华为手机使用谷歌的安卓 *** 作系统。华为自研的麒麟高端手机芯片,也依赖台积电代工。随着美国芯片禁令实施,华为手机业务遭遇重创,消费者业务收入大幅下滑,海外市场拓展也受到影响。

美国凭借芯片技术优势对中国企业“卡脖子”,使半导体产业陡然成为中美 科技 竞争的风暴眼。“缺芯”之痛,突显了中国半导体产业的技术短板。它如一记振聋发聩的警钟,惊醒国人看清国际 科技 竞争的残酷现实。

半导体产业是 科技 创新的龙头和先导,在信息 科技 和高端制造中占据核心地位。攻克半导体核心技术难题,解决高端芯片受制于人的现状,成为中国高 科技 发展和产业升级的当务之急。

全球半导体版图

半导体产业很典型地体现了供应链的全球化,各国在半导体产业链上分工协作,相互依赖。美国、韩国、日本、中国、欧洲等国家或地区发挥各自优势,共同组成了紧密协作的全球半导体产业链。

根据美国半导体行业协会发布的最新数据,美国的半导体企业销售额占据全球的47%,排名第二的是韩国,占比为19%,日本和欧盟半导体企业销售额占比均为10%,并列第三。中国台湾和中国大陆半导体企业销售额占比分别为6%和5%。

具体来看,美国牢牢控制半导体产业链的头部,包括最前端EDA/IP、芯片设计和关键设备等。具体而言,在全球产业链总增加值中,美国在EDA/IP上,占据74%份额;在逻辑芯片设计上,占据67%;在存储芯片设计上,占据29%;在半导体制造设备上,占据41%。

日本在芯片设计、半导体制造设备、半导体材料等重要环节掌握核心技术;韩国在存储芯片设计、半导体材料上发挥关键作用;欧洲在芯片设计、半导体制造设备和半导体材料上贡献突出;中国则在晶圆制造上发挥重要作用。

中国大陆在全球晶圆制造(后道封装、测试)增加值占比高达38%;中国台湾在全球半导体材料、晶圆制造(前道制造、后道封装、测试)增加值占比分别达到22%和47%。

以上国家和地区构成了全球半导体产业供应链的主体。

芯片是人类智慧的结晶,芯片制造是全球顶尖的高端制造产业之一,是典型的资本密集和技术密集行业。制造的过程之复杂、技术之尖端、对制造设备的苛刻要求,决定了芯片产业链的复杂性。半导体制造中的大部分设备,包含了数百家不同供应商提供的模块、激光、机电组件、控制芯片、光学、电源等,均需依托高度专业化的复杂供应链。每一个单一制造链条都可能汇集了成千上万的产品,凝聚着数十万人多年研发的积累。

芯片技术也涉及广泛的学科,需要长时期的基础研究和应用技术创新的成果累积。举例来说,一项半导体新技术方法从发布论文,到规模化量产,至少需要10-15年的时间。作为全球最先进的半导体光刻技术基础的极紫外线EUV应用,从早期的概念演示到如今的商业化花费了将近40年的时间,而EUV生产所需要的光刻机设备的10万个零部件来自全球5000多家供应商。

芯片制造的复杂性,创造了一个由无数细分专业方向组成的全球化产业链。在半导体市场中,专业的世界级公司通过几十年有针对性的研发,在自己擅长的领域建立了牢固的市场地位。比如,荷兰ASML垄断着世界光刻机的生产;美国高通、英特尔、韩国三星、中国台湾的台积电等也都形成了各自的技术优势。目前全世界最先进制程的高端芯片几乎都由台积电和三星生产。

中美芯片供应链各有软肋

“缺芯”,不仅困扰着中国企业。

自去年下半年以来,受新冠疫情及美国贸易禁令干扰,芯片产能及供应不足,全球信息产业和智能制造都遭遇了严重的“芯片荒”。

随着新一轮新冠疫情在东南亚蔓延, 汽车 行业芯片短缺进一步加剧,全球三家最大的 汽车 制造商装配线均出现中断。丰田称 9 月全球减产 40%。美国车企也不能幸免,福特 汽车 旗下一家工厂暂停组装 F-150 皮卡,通用 汽车 北美地区生产线停工时间也被迫延长。

蔓延全球的芯片荒,迫使各国对全球半导体供应链的安全性、可靠性进行重新审视和评估。中美两个大国在半导体供应链上各有优势,也各有软肋。

中国芯片产业起步较晚,但近年来加速追赶。根据中国半导体行业协会统计,2020年中国集成电路产业销售额为8848亿元,同比增长17%,5年增长了超过一倍。其中,设计业销售额为3778.4亿元,同比增长23.3%;制造业销售额为2560.1亿元,同比增长19.1%;封装测试业销售额2509.5亿元,同比增长6.8%。中国2020年出口集成电路2598亿块,出口金额1166亿美元,同比增长14.8%。

中国芯片核心技术与美国有较大差距,主要突破在芯片设计领域,芯片设计水平位列全球第二。在制造的封测环节也不是我们的短板。中国芯片制造的短板主要在三方面:核心原材料不能自己自足、芯片制造工艺与国际领先水平有较大差距、关键制造设备依赖进口。

由于不能独立完成先进制程芯片的生产制造,大量高端芯片依赖进口。2020年中国进口芯片5435亿块,进口金额3500.4亿美元。

美国是世界芯片头号强国,拥有世界领先的半导体公司,但其核心能力是主导芯片产业链的前端,包括设计、制造设备的关键技术等,但上游资源和制造能力也依赖国外。美国在全球半导体制造市场的市占率急速下降,从 1990 年 37% 滑落至目前 12%左右。

波士顿咨询公司和美国半导体行业协会在今年4月联合发布的《在不确定的时代加强全球半导体产业链》的报告显示,若按设备制造/组装所在地统计,2019年中国大陆半导体企业销售额占比高达35%;美国则排名第二,销售额占比为19%。

世界芯片的主要制造产能集中在亚洲, 2020 年中国台湾半导体产能全球占比为 22%,其次是韩国 21%,日本和中国大陆皆为 15%。这意味着美国在芯片的制造和生产环节,也存在很大的脆弱性。这也是伴随东南亚疫情爆发导致芯片产业链产能受限,美国同样遭遇“芯片荒”的原因。

对半导体产业链脆弱性的担忧,推动美国加大对半导体产业的投资和政策扶持。今年5月美国参议院通过一项两党一致同意的芯片投资法案,批准了520亿美元的紧急拨款,用以支持美国半导体芯片的生产和研发,以提升美国国内半导体产业链的韧性和竞争力。今年2月24日,美国总统拜登签署一项行政命令,推动美国加强与日本、韩国及中国台湾等盟国/地区合作,加速建立不依赖中国大陆的半导体供应链。

除了产能问题,美国在全球半导体竞争中的另一个软肋就是对中国市场的依赖。中国是全球最大的半导体需求市场,每年中国半导体的进口额都超过3000亿美元,大多数美国半导体龙头企业至少有25%的销售额来自中国市场。可以说,中国是美国及全球主要半导体供应商的最大金主。如果失去中国这个最富活力、最具成长性的市场,那么依赖高资本投入的美国各主要芯片供应商的研发成本将难以支撑,影响其研发投入及未来竞争力。

这从另一方面说,恰是中国的优势,中国庞大的市场需求和发展空间,足以支撑芯片产业链的高强度资本投入与技术研发,并推动技术和产品迭代。

“中国芯”提速

随着中国推进《中国制造2025》,芯片制造一直是中国 科技 发展的优先事项。如今,美国在芯片供应和制造上进行霸凌式断供,使中国构建自主可控、安全高效的半导体产业链的目标更加紧迫。

客观上,半导体产业链需要各国协作,这从成本和技术进步角度,对各国都是互利共赢。但美国的断供行为改变了传统的商业与贸易逻辑。在大国竞争的背景下,对具有战略意义的半导体和芯片产业链,安全、可靠成为主导的逻辑。

中国要成为制造强国,实现在全球产业链、价值链的跃升,摆脱关键技术受制于人的困境,芯片制造这道坎儿就必须跨过。

随着越来越多的中国高 科技 企业被列入美国实体清单,迫使半导体产业链中的许多中国企业不得不“抱团取暖”,携手合作,努力寻求供应链的“本土化”。“中国芯”突围,成为中国 科技 界、产业界不得不面对的一场“新的长征”。中国半导体产业进入攻坚期,也由此迎来发展的重大战略机遇期。

在国家“十四五”规划和2035远景目标纲要中,把 科技 自立自强作为创新驱动的战略优先目标,致力打造“自主可控、安全高效”的产业链、供应链;国家将集中资金和优势 科技 力量,打好关键核心技术攻坚战,在卡脖子领域实现更多“由零到一”的突破。国家明确提出到2025年实现芯片自给率70%的目标。

2020年8月,国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》,瞄准国产芯片受制于人的短板,在投融资、人才和市场落地等方面进一步加大政策支持,助力打通和拓展企业融资渠道,加快促进集成电路全产业链联动,做大做强人才培养体系等。

全国多地制定半导体产业发展规划和扶持政策,积极打造半导体产业链。长三角地区是我国半导体产业重点聚集区,深圳市则是珠三角地区集成电路产业的龙头,京津冀及中西部地区的半导体产业也正在加快布局。

作为中国创新基地,上海市政府6月21日发布《战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》,其中集成电路产业列为第一位的发展项目,提出产业规模年均增速达到20%左右,力争在制造领域有两家企业营收进入世界前列,并在芯片设计、制造设备和材料领域培育一批上市企业。

上海市的规划中,对芯片制造也制定出具体目标和实施路径:加快研制具有国际一流水平的刻蚀机、清洗机、离子注入机、量测设备等高端产品;开展核心装备关键零部件研发;提升12英寸硅片、先进光刻胶研发和产业化能力。到2025年,基本建成具有全球影响力的集成电路产业创新高地,先进制造工艺进一步提升,芯片设计能力国际领先,核心装备和关键材料国产化水平进一步提高,基本形成自主可控的产业体系。

上海联合中科院和产业龙头企业,投资5000亿元,打造世界级芯片产业基地:东方芯港。目前东方芯港项目已引进40余家行业标杆企业,初步形成了覆盖芯片设计、特色工艺制造、新型存储、第三代半导体、封装测试以及装备、材料等环节的集成电路全产业链生态体系。

在国家政策指引和强劲市场的驱动下,国家、企业、科研机构、大学、 社会 资金等集体发力,中国芯片行业正展现出空前的发展动能和势头。

在外部倒逼和内部技术提升的共同作用下,中国芯片产业第一次迎来资金、技术、人才、设备、材料、工艺、设计、软件等各发展要素和环节的整体爆发。国产芯片也在加速试错、改造、提升,正在经历从“不可用”到“基本可用”、再到“好用”的转变。

中国终将重构全球半导体格局

中国芯片制造重大技术突破接踵而至:

中微半导体公司成功研制了5纳米等离子蚀刻机。经过三年的发展,中微公司5纳米蚀刻机的制造技术更加成熟。该设备已交付台积电投入使用。

上海微电子已经成功研发出我国首款28纳米光刻机设备,预计将在2021年交付使用,实现了光刻机技术从无到有的突破。

中芯国际成功推出N+1芯片工艺技术,依托该工艺,中芯国际芯片制程不断向新的高度突破,同时成熟的28纳米制程扩大产能。

7月29日,南大光电承担的国家 科技 重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”之光刻胶项目通过了专家组验收。

8月2日青岛芯恩公司宣布8寸晶圆投片成功,良率达90%以上,12寸晶圆厂也将于8月15日开始投片。

2017年,合肥晶合集成电路12寸晶圆制造基地建成投产,至2021年合肥集成电路企业数量已发展到近280家。

中国半导体行业集中蓄势发力,在关键技术和设备等瓶颈领域,从无到有,由易入难,积小成而大成,关键技术和工艺水平正在取得整体跃迁。

小成靠朋友,大成靠对手。某种意义上,我们应该感谢美国的遏制与封锁,逼迫我们在芯片和半导体行业加速摆脱对外部的依赖。

回望新中国 科技 发展史,凡是西方封锁和控制的领域,也是中国技术发展最快的领域:远的如两d一星、核潜艇,近的如北斗导航系统以及登月、空间站、火星探测等航天工程。在外部压力的逼迫下,中国 科技 与研发潜能将前所未有地爆发。

实际上,中国的整体 科技 实力与美国的差距正在迅速缩小。在一些尖端领域,比如高温超导、纳米材料、超级计算机、航天技术、量子通讯、5G技术、人工智能、古生物考古、生命科学等领域已经居于世界前沿水平。

英国世界大学新闻网站8月29日刊发分析文章,梳理了中国 科技 水平的颠覆性变化:

在创新领域,中国在全球研发支出排名第二,全球创新指数在中等收入国家中排名第一,正在从创新落伍者转变为创新领导者。

人才方面,拥有庞大的高端理工人才库,中国已是知识资本的重要创造者,美中 科技 关系从高度不对称转变为在能力和实力上更加对等。

技术转让方面,中国从单纯的学习者和技术接收者,转变为技术转让的来源和跨境技术标准的塑造者。

人才回流,中国正在扭转人才流失问题,积极从世界各地招募科学和工程人才。

这些变化表明,中国 科技 整体实力已经从追赶转变为能够与国际前沿竞争,由全球 科技 中的边缘角色转变为具有重要影响力的国家之一。

中国的基础研究水平也在突飞猛进。据《日经新闻》8月10日报道,在统计2017年至2019年间全球被引用次数排名前10%的论文时,中国首次超过美国,位居榜首位置。报道还着重指出中国在人工智能领域相关论文总数占据20.7%,美国为19.8%,显示中国在人工智能领域的研究成果正在超越美国。

另有日本学者在研究2021QS世界大学排名后,发现世界排名前20的理工类大学中,中国有7所上榜,清华大学居于第一位,而美国有5所。如果进一步细分到“机械工程”、“电气与电子工程”,中国大学在排名前20中的数量更是全面碾压美国。

芯片技术反映了一个国家整体 科技 水平和综合研发实力,中国的基础研究、应用研究、人才实力具备了突破芯片核心技术的基础和能力。

正如世界光刻机龙头企业——荷兰ASML总裁温尼克今年4月接受采访时所说:美国不能无限打压中国,对中国实施出口管制,将逼迫中国寻求 科技 自主,现在不把光刻机卖给中国,估计3年后中国就会自己掌握这个技术。“一旦中国被逼急了,不出15年他们就会什么都能自己做。”

温尼克的忧虑,正在一步步变成现实。全球半导体产业正进入重大变革期,中国在芯片制造领域的发愤图强,正在改写世界半导体产业的竞争格局。

中国的市场优势加上国家政策优势、资金优势以及基础研究的深入,打破美国在芯片制造领域的技术垄断和封锁,这一天不会太遥远。

半导体导电原理 半导体一般是由4 价的硅或锗为主体材料,它们的晶体结构也和金刚石一样,每个原子由4 个价和运转在空间等距、有序环绕,构成金刚石结构,很纯的单晶硅基本不导电。N型半导体  在纯硅晶体中加了少量的磷元素后,就形成了N型半导体。5价的磷原子镶嵌在硅晶体中,本来硅晶体的每个原子通过4个结构元相互联接,价和速率相同,而磷的5个价电子参入硅中价和运转,尚有一个电子无价和轨道,它杂混在其它价和轨道中,扰乱了原均匀的速率,使得整个晶体中的价和电子出现了拥挤和等待的紊乱现象,于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率),外来电子可乘虚而入,晶体的导电能力增加,形成的N型半导体。 P型半导体 在硅晶体中加入少量的硼元素后,硼在价和结构中顶替了一个硅原子,因硼外层只有3个价电子,使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子价和运转,于是就有了电子空位,与这个结构元相连的6个结构元外端又连着18个结构元,这样电子空位呈2×3 扩展,所以该晶体的导电能力也呈几何级数增加。电子空位扩展之后空位出现的时间越来越短,也就不成其为空位了。 以上论述说明,不管是N型还是P型半导体,其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布引起价和电子紊乱运行所致,所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的"测不准"及温升,热敏等诸多物理性质。 晶体管的PN结的实质是疏通或堵塞电子空位。 二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来,两端连上导线,就形成了半导体二极管。二极管最关键的部位在两种材料的结合处,人们称之为P N 结。由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在以4 价为主体硅晶体中,有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中,顶替了一个硅原子的位置,在整体上有缺少电子的趋势。把这两种晶体紧密结合:N 型半导体中多出的电子向缺少电子的P 型半导体中扩散。这样,在结合部附近,各结构元的价和电子数正好达到平衡,(图9-1)每个原子周围的价和电子平稳运转,没有了电子的紊乱和等待,也就没有了电子空位。这就是在不导电时的P N 结。金属导电原理 电流是电子的定向流动,这就像水流是水的定向流动一样。这叫人联想到一个常用的中国词"流通",通则流,不通则不流。水流不是因为该物体内有水(桶里的水,池塘里的水就不能形成水流)。除了压力差之外还必须得"通"——必须得有让水定向通过的空间(如渠道、管道等);电流不是因为该物体内的电子有自由,除了电压差之外还必须得"通"——必须得有让电子定向通过的空间。 那么,是什么使得物体能够导电?——是该物体内原子间有电子的通路。前提条件是:该物体价和电子数量较少并且运转不够饱满(在平面运转,没能形成饱满的球状),在价和电子运转的同时,存在着能让外电子窜入的间隙和时机;存在着能让电子在其间穿越运动的空位,我们把原子外层所呈现的这种空位叫做电子空位。电子空位是电子流动的通路,有了这样的通路,外来的电子才能在其间运动,形成电子的流动——电流。导电原理是: 某物质的原子的价电子较少,外电子层不饱满,或速率很低,存在着电子空位,在电压的作用下外来的电子进入电子空位,电子在电子空位间换位移动,形成电流。 有了电子空位,外来电子才能进入,才能在物质内定向运动形成电流。导体、半导体、液体导电都是如此,超导原理也是如此。 电子空位是由价和电子的数量、速率及线路所决定。金属原子外层电子较少,组合成结构元之后,每个原子的外层仅有一、二个价和运转围绕,原子的外层仍存在较多的电子空位,能容外来电子进入、移动,因而易于导电。在绝缘体内,因原子的价电子多,多个价和运转包围着一个原子,使原子的外电子层趋近饱和,没有电子空位(或很少),不能容外界电子进入,因而不能导电。

可以的。

不过可能需要隔离、转换装置。

参考资料:

压力传感器工作原理

1.压力测量介绍

绝对压力传感器

差压力传感器

表压力传感器

2.压力位移的转换

位移转换介绍

电容式气囊

氧化铝膜片

半导体膜片

单晶式压力传感器

3.压力传感器的规格与性能比较

规格

特性

压力之测量

关于压力的量测,可以分成三类:

(1) 绝对压力的测量

(2) 表压力的测量

(3) 差压力的测量

绝对压力所指的就是对应于绝对真空所测量到的压力。

表压力所指的就是对应于地区性大气压力所测量的压力。

差压力就是指两个压力源间的压力差值。

如果有一压力为绝对真空,则差压力就等于绝对压力;如果压力为地区性大气压力,则差压力就等于"表压力"。

压力的测量单位为巴司卡(pascal)(简写pa),它就相当于牛顿/米2。在工业应用上,还有其它不同的压力单位;如Bar,psi(磅/吋2),大气压力,mmHg(水银柱的上升高度以mm表示)以及cmH2O(水柱的上升高度以cm表示)。

对于液体及气体压力的测量,可以使用各种不同的压力传感器。所谓"传感器"意指它是一种能量转换装置,从一个系统中吸收能量,在将此能量已不同的形式(例如电气)传送到另一个系统。所以,亦有人称之为"转换器"如同压力的测量可以分成三类一般,压力转换器也可以此三类来区分:

(a) 绝对压力传感器:此装置包含有参考真空,以做为环境的绝对压力的测量或是管接压力源的测量。

(b) 差压力传感器:最为两个管接压力源间之压力差值的测量。

(c) 表压力传感器:它也是一种差压力转换器,但是,其压力源一个为地区性大气压力,另一个则为管接的压力源。

压力位移之转换

在压力传感器中,通常是使用膜片(或是波状薄膜)来将压力P(t)转换成机械的移动量X(t)。膜片(如图)

是由一金属(或是橡皮)盘所组成,在将金属盘的边缘固定到坚固的支撑物上。圆形的波状都与膜片的外部边缘成同心圆。被压缩的液体接触到膜片的一端,使得膜面以比例于其内压力的弯曲变形。两个波状的金属膜片结合在一起,形成一个空气囊(如图)。

假如空气囊内部的空腔包含有真空,即可用以测量绝对压力;很明显地,待测压力是加至此组件的两端。如果需用更大的弯曲变形,可以将更多的膜片组件串联使用。为了测量介于两个可变压力间之差值,必须将其中的一个压力加到空气囊的内部。其它用以转换压力成移动量的机械是风箱(bellow)与布尔登管 (Bourdon tube)。近年来,随着单晶式压力传感器的发展,可以同时完成转换功能及压力传感器功能装置已被引进,这些是:

1. 电容式气囊

2. 氧化铝膜片(用于压电转换器)

3. 半导体膜片(压阻式)

电容式气囊:包含两个用以支撑电容极片的陶瓷组件,并接合在一起以形成一空腔,而产生真空。

氧化铝膜片(用于压电转换器)”在压电性材料中支撑四个桥式连接的电阻。

半导体膜片:由硅单元所组成(半导体转换器),在其上利用扩散方法以形成电阻。

单晶式压力传感器

如先前所述的,单晶式传感器就是那些集压力感测与转换作用于单一组件上的压力传感器。压力-移动量-电压之间的转换是以下列方法中之一种来完成:

(a) 电容式压力传感器:待测压力使得陶瓷膜片弯曲情形,如此就能改变组件的电容量,借着加入必须的电子电路,尽可能将此变形与压力之变化互成关系。因此电容量的变化即比例于压力的变化。(b)压阻式或"厚膜"压力传感器:这种转换器的动作原理乃应用压阻效应,此当材料受到变形时,它的电阻会随着改变。使用厚膜技术将四个电阻连接成惠斯登电桥的型式,安置于氧化铝(Al2O3)膜片上。当待测压力促使膜片变形时,电桥的差电压输出是随着改变。

(c) 半导体压力传感器:此种装置也是应用压电效应与电桥电阻形式获得量测结果,在硅支撑物上利用扩散的方法,用以产生膜片,包含电桥电阻的单元以静电处理固定在支撑玻璃上。所以,它就与外界形成机械性的隔离。当硅质膜片偏向时,电桥的输出就随着改变。(d) 压电式压力传感器:这种转换器的动作原理乃应用压电效应,此指当许料受到压迫(力或压力)时会产生电压的性质。这些性质被用来做高频时的压力测量以及声音位准的测量(在此种应用上,最有名的为"晶体式麦克风")。

压力传感器之规格与性能比较

★ 由于有各种不同型态的压力(绝对压力、差压力、表压力),需要利用传感器来做测量。所以了解那些会影响到传感器使用的其它外围特性是很重要的一件事。因此,对于明了接触到传感器的待测物是为液体或气体,就显得很重要。做为流体测量所使用的传感器,当待测流体有可能损坏传感器时,其应用就不同于那些普通的传感器。其它的重要的因子是测量范围(以bar、psi、Atm等单位来表示)。亦即,在能够维持测量规格精确度要求下传感器可以量测的压力范围。测量范围可以是单极性(压力或真空)或

双极性。

★ "过压力"(over pressure)或"试验压力"(proof pre-ssure)( 传感器可以接受而不招致损坏的最大压力)在传感器的选择中相当的重要。对于 *** 作温度范围的了解也很重要。待测的液体或气体物质的温度,绝不能超过传感器的 *** 作温度范围。

其它与温度有关的外围因子为温度误差。亦即,在测量规格的某一给定的精确度之内,温度所能变动的范围。另外一个因子为储

存温度。其它会影响转换器选择的因子为振动、热疲乏与温度等。最重要的特性为:线性度、灵敏度、稳定度、重复能力与迟滞性。

线性度:转换器指示值与最佳直线间的偏移量。此参数通常是以额满值得百分数来表示。

灵敏度:(或分辨率),可产生一输出信号值的最小输入变动值。以每单位输入的输出信号大小来表示(mv/PSI)。

稳定度:当待转换量(在固定的温度下)在输入端维持固定值时,传感器所能维持输出信号的能力。在某一给定范围内的稳定度,通常是以额满值得百分数来表示。

重复能力:在不同的时间内,相同的待转换量出现在输入端时,传感器重新产生输出信号的能力。重复能力通常是以额满值得百分数来表示。

迟滞性:相同的压力,分别以相反的方向加到传感器,传感器所指示之两个读值间的最大差值。

对于界面系统而言,较重要的因素有激励电压、F.S.O.、以及单位压力的灵敏度。

激励电压:用以传送功率给传感器的电源电压。

★ F.S.O.:(满刻度输出)在相关的压力范围之限制下,介于传感器输出电压间的差值。

单位压力的灵敏度:当压力改变一个单位值时,输出电压的相对变化值。

★ 对于某些传感器相关于满刻度压力的输出电压是以供给电压的函数来定,此值以mv/v来表示。当满刻度压力加到传感器且激励电压为一个单位值(伏特)时,传感器所指示的输出值(mv)。

传感器的特性

1.测量的型态:

(1)绝对压力

(2)差压力

(3)表压力

2.使用于:

(1)气体

(2)液体

3.测量的范围

4.试验压力

5. *** 作温度

6.振动

8.线性度

9.灵敏度

10.稳定度

11.重复能力

12.迟滞性

13.激励电压

14.F.S.O(满刻度输出)

15.单位压力的灵敏度

表格显示了压力传感器的主要特性。注意,对于相同型式的传感器 *** 作范围可以有所改变:很明显的会影响到它们的价格。单晶式压力传感器可以测量到以数百计的大气压力范围,然而其它型式的压力传感器可以测量到以数千计的大气压力范围。

压力传感器的主要特性表:

种类    精确度    价格    结构    优点    缺点    应用场合  

线性可变差动变压器    一般    一般    复杂     -    高精度产品价格高    精度要求不高的场合  

电位计式    一般    低    简单    价格低    精度,可靠性低       

应变计式    优越    高    简单    高精准度    相当贵    核子与海洋学  

单晶电容式    理论上优越    相当高    复杂    优越稳定度及温度依赖性    两极棒距离有限    工业  

单晶电阻式    良好    相当高    简单    温度稳定性 :优越线性度     -    工业  

单晶半导体式    良好    低    热补偿时叫复杂    尺寸小    对温度个高灵敏度    工业  

压电式    优越    高    电荷放大器    高精准度    相当贵    声音测量  


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