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压力变感器,尤其是差压变送器在我国石化行业大量使用。变送器来源的绝大多数依靠进口,不仅价格昂贵,而且,由于不具有自主知识产权,很有可能暗藏潜在威胁。能源安全关乎国家安全,因此传感器国产化迫在眉睫。

  目前,国外厂商生产的传送器中使用的MEMS压力变感器主要有压阻式和电容式2种结构,以压阻式结构居多。西门子公司DSm系列压力变送器就是采用压阻式结构的压力传感器。美国罗斯蒙特公司3o51系列压力变送器的传感器芯片也是压阻式结构。压阻式传感器应用非常广泛。国内很多厂商依靠进口压阻式传感器,设汁制造国产变送器。压阻式传感器技术成熟,很适合国产化研制。但是,压阻式传感器容易受温度、湿度等环境因素影响,而且,静压特性依赖工艺水平,无法得到保证。这两大难点限制了国产压阻式传感器的测量精度和稳定性。

  以富士公司为代表的少数企业生产了以硅电容传感器为核心的压力变送器。电容式压力传感器具有精度高、长期稳定性好的优点,但是,它对生产工艺要求高,加工难度大。国内从事硅电容压力传感器的研究可以说是刚刚起步。尽管国内已经有单位研制出了硅电容传感器它的精度和静压特性已接近富士公司产品的平均水平,但在长期稳定性方面,差距较大。同时,国内的电容传感器在高差压和微差压规格的开发上仍有较大差距。国外压阻式传感器精度可以达到0.075%,而国内研制的压阻式传感器的精度只有0.1%。在长期稳定性能上,国产传感器和进口传感器的差距更为明显。国产产品长期稳定性的指标为0.1%/年,比国外产品至少高2倍。另外,国产产品的温度特性差。与国外产品相比,温度漂移比国外产品的典型值大50%~100%。此外,国产产品的规格品种不够全,在微差压和高差压、高静压规格方面没有成熟的产品,不能满足某些工艺的特殊要求。

  压力传感器的国产化问题的关键主要是如何提高传感器的长期稳定性。传感器的长期稳定性和传感器的材料选择、结构设计、加工工艺密切相关。我国在MEMS加工工艺上还处于相对落后阶段,提高工艺水平无疑是提高传感器性能的长远之计。

  目前,国内相关高校和科研院所对压阻式和电容式MEMS传感器进行了大量的研究,在理论和工艺水平上都取得了一批成果。就当前工艺水平而言,如果能够实现某种形式的补偿或者在线的自标定方法,则有可能在短期内提高传感器的长期稳定性,使国产传感器在稳定性指标上满足石化行业需求。因此,在国内MEMS研究的基础上,通过科研院所和工厂的协同合作,共同努力,完全可以实现石化行业所需压力变送器的国产化。

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