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긴장 측정기 에서 MEMS: 압력 센서 기술 의 진화

2025-08-25

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스트레인 게이지에서 MEMS까지: 압력 센서 기술의 진화

압력 센서는 현대 산업의 숨은 파수꾼으로, 석유화학에서 정밀 세라믹에 이르기까지 다양한 분야에서 시스템을 모니터링, 제어 및 보호합니다. 하지만 콤팩트한 형태 뒤에는 풍부한 엔지니어링 진화의 역사가 숨어 있습니다. 이 게시물에서는 압력 센서의 핵심 작동 원리를 살펴보고, 고전적인 스트레인 게이지 설계에서 최첨단 MEMS 혁신에 이르기까지의 여정을 추적합니다.

고전적인 기반: 스트레인 게이지 기반 센서

전통적인 압력 센서의 핵심에는 속임수처럼 간단한 개념, 즉 힘에 의한 변형이 있습니다.

  • 작동 원리: 종종 스테인리스 스틸 또는 세라믹으로 만들어진 다이어프램은 가해지는 압력에 따라 굴곡됩니다. 이 다이어프램에는 스트레인 게이지가 부착되어 있으며, 일반적으로 얇은 금속 호일 또는 반도체 재료로 만들어집니다.
  • 스트레인 게이지: 이 게이지는 늘어나거나 압축될 때 저항이 변합니다. 이 저항 변화는 휘트스톤 브리지 회로를 통해 측정되어 기계적 변형을 전기 신호로 변환합니다.
  • 장점:
  • 높은 정확도와 반복성
  • 가혹한 환경에서 입증된 신뢰성
  • 고압 범위에 적합

그러나 스트레인 게이지 센서는 신중한 보정이 필요하며 온도 드리프트에 민감하여 엔지니어는 더 통합된 솔루션을 찾게 되었습니다.

MEMS 등장: 미세 전자기계 시스템

MEMS 압력 센서는 패러다임의 전환을 나타냅니다. 즉, 기계적 감지 요소를 실리콘 칩으로 소형화하는 것입니다.

  • 작동 원리: 미세 가공된 실리콘 다이어프램은 압력에 따라 굴절됩니다. 통합된 압전 저항 또는 정전 용량 요소가 이 굴절을 감지합니다.
  • 제조: MEMS 센서는 반도체 공정(포토리소그래피, 에칭 및 도핑)을 사용하여 생산되므로 엄격한 공차로 대량 생산이 가능합니다.
  • 유형:
  • 압전 저항 MEMS: 스트레인 게이지와 유사하지만 실리콘에 내장된 저항은 변형에 따라 변경됩니다.
  • 정전 용량 MEMS: 압력이 변함에 따라 다이어프램과 기판 사이의 정전 용량 변화를 측정합니다.

MEMS 센서의 장점

  • 초소형 및 경량
  • 낮은 전력 소비
  • 대량 생산 가능성
  • 통합된 온도 보상 및 신호 조정

격차 해소: 하이브리드 설계 및 스마트 송신기

최신 압력 송신기는 MEMS 감지와 디지털 전자 장치를 결합하여 다음을 제공합니다.

  • 온보드 진단
  • 디지털 통신 프로토콜(HART, Modbus 등)
  • 향상된 안정성 및 자체 보정 기능

이러한 스마트 기기는 산업 자동화를 혁신하여 예측 유지 관리 및 실시간 분석을 가능하게 합니다.

결론: 정밀함과 진보의 만남

스트레인 게이지의 촉각적 민감성에서 MEMS의 실리콘 정교함에 이르기까지, 압력 센서 기술은 더 넓은 이야기, 즉 진화하고, 소형화하고, 통합하는 엔지니어링을 반영합니다. 세라믹 가마의 제어 루프를 설계하든, 글로벌 시장에 계측기를 수출하든, 이러한 원리를 이해하는 것은 올바른 센서를 선택하고 올바른 이야기를 전달하는 데 핵심입니다.

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