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特普生在“热管理研究院”发布:温度传感器行业市场规模与发展趋势

特普生科技 特普生科技 2023-12-25 12 174

特普生研发中心小伙伴,最近,在《储能热管理研究院》发表了这篇文章。

一、温度传感器行业概况

是把金属原件器材经过特殊工艺加工成符合特殊要求的工业用温度计,供下游的大型机电生产制造企业、设备生产和能源研究等企业使用。温度传感器生产企业是连接金属元器件生产企业、线缆加工、金属加工材料与自动化工业制造、航空航天、设备制造等下游企业的桥梁,发挥着联系和纽带的作用。

1、上游行业

温度传感器的上游为热敏材料、贵金属、线缆等原材料加工行业。其中,铂丝、铜合金等贵金属材料虽然价格昂贵,但是实际用量较少,可以通过正常的市场采购实现供给;铂电阻是热量表温度传感器使用的主要热敏材料,目前国内市场上的铂电阻,特别是高品质铂电阻,主要依靠进口。

近年来,德国、瑞士等地出现了数家新兴的高品质铂电阻供应商,这在一定程度上加剧了该类原材料市场的竞争程度,促使了进口高品质铂电阻价格的下降。因此,温度传感器行业的上游行业竞争较为充分,货源供应稳定,同时,上游行业日趋激烈的竞争也促进了原材料价格的下降,使得温度传感器行业成为了直接受益者。

2、下游行业
温度传感器下游需求领域十分广泛,覆盖了设备制造、热计量、工业自动化、风电、农业、新能源、环保及日常生活等各方面,下游市场的巨大需求为温度传感器行业提供了广阔的发展空间。
温度传感器是自动化测量及控制系统中使用最多的传感器类型,工业设备自动化水平的提升,不仅产生了对温度传感器的巨大需求,而且也对温度传感器的性能及可靠性提出了更高的要求。

目前,国内市场上的温度传感器大多采用上世纪 90 年代的设计技术制造,可靠性差、使用寿命短,已经不能适应高端自动化控制设备对温度监控的要求。因此,随着制冷设备、科学仪器及计量器具、风电设备及太阳能设备、医药设备等行业对中高端温度传感器的需求不断增多,可靠性高、稳定性好、使用寿命长、智能化的温度传感器将迎来巨大的发展空间。

3、行业壁垒

(1)技术壁垒
早期国内温度传感器的技术水平较低,产品精度和稳定性较差,不能满足自动化升级的要求。近年来,随着下游产业对温度传感器的性能及可靠性要求的提高,中高端温度传感器的需求量不断加大,产品的研发难度日益增加,因此,缺乏对温度传感器相关技术的有效积累,是新进入者所面临的关键障碍。
(2)行业经验壁垒
温度传感器行业研发、设计过程中需要大量的经验参数积累,并掌握行业下游企业对温度传感器的标准要求及产品需求。新进入行业的公司需要培养一定时间的客户及行业经验的积累,因此,行业经验壁垒为进入本行业的壁垒之一。
(3)人才壁垒

温度传感器的设计、制造涉及众多学科,并且下游产业具体应用的差异决定了温度传感器需要满足不同的适用环境、精度等级、稳定性能等诸多要求。目前,行业内的专业技术人员相对有限,人才主要依赖企业在研发实践中培养。因此,新进入者将面临较高的人才壁垒。

4、行业发展特点

(1)行业的周期性

温度传感器行业的发展与国家产业自动化水平以及宏观经济整体状况休戚相关。随着国家一系列促进温度传感器发展的政策和措施的实施,以及下游行业产生的巨大市场需求,未来温度传感器行业将迎来广阔的发展空间。同时,温度传感器的应用领域广泛,不同种类温度传感器产品的市场需求与其下游行业的政策环境、发展水平、经济效益等因素的变动趋势一致。
(2)行业的季节性

温度传感器行业整体无明显的季节性特征。

5、行业风险特征

(1)新技术应用风险

温度传感器是一个综合性强、涉及面广的领域,随着信息化、智能化时代的到来,人们对温度测控提出了高精度、智能化的更高要求。客户需求的个性化特点将逐渐突出,产品更新频率将逐渐加快,市场对行业内企业的技术储备、快速研发、订单快速响应、差别化生产的能力都将有更高要求。

(2)市场竞争加剧风险

传感器行业广阔的市场前景吸引和集聚了众多企业,特别是温度传感器作为传感器领域中最基础、最主要的产品类型,行业竞争渐趋激烈。在当前国内温度市场的参与主体中,国外发达国家传感器制造商具有强大的技术实力和丰富的经验积累,特别是在高端温度传感器领域具备较强的竞争实力。在这样的竞争环境中,国内的温度传感器制造商大多规模较小,技术实力相对薄弱,主要通过成本和价格优势来争取市场份额,因此,渐趋激烈的市场竞争将给国内企业的生产经营带来更多挑战。

一是行业的生存背景、产业政策、产业布局、产业生命周期、该行业在整体宏观产业结构中的地位以及各自的发展演变方向与成长背景;

二是研究各个行业市场内的特征、竞争态势、市场进入与退出的难度以及市场的成长性;

三是研究各个行业在不同条件下及成长阶段中的竞争策略和市场行为模式,给企业提供一些具有操作性的建议。

二、温度传感器市场规模与发展趋势

1、市场规模

(1)全球市场情况

据 MEMS 咨询报告称,2016 年全球温度市场为 51.3 亿美元,2016~2022 年期间的复合年增长率为 4.8%,预计 2022 年市场将达到 67.9 亿美元。在出货量方面,预计全球温度传感器市场增长将达到两位数。当前半导体行业、汽车产业及一些过程工业对温度传感器的需求不断成长,这得益于工业终端用户对传感技术的需求增长,以及日本、印度、中国等经济体的车辆生产日益增长。该报告按照产品类型、终端用户行业(包括过程工业、离散行业等)、地域对全球温度传感器市场细分。

在产品类型方面,基于热电偶技术的温度传感器将占据最大的市场份额。在过程工业的终端用户方面,化工和石化行业将占据最大的市场份额,并且温度传感器在工业领域的用量增长,以及该行业对安全和监控的日益关注,预计 2016~2022 年期间,过程工业将主导温度传感器市场。

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2022 年全球温度传感器市场(按照地区细分)
在其它离散行业中,半导体行业将占据最大的市场份额,并在 2016~2022年期间主导温度传感器市场。预计暖通空调(HVAC)行业在本报告预测期间拥有最高的复合年增长率。HVAC 系统广泛应用于商业建筑,如办公室和酒店。

2016~2022 年期间,北美将占据最大的市场份额,并主导温度传感器市场,这主要由于:该区域中的科研机构越来越多地使用温度传感器来研究北美环境变化;物流和仓储行业中的温度传感器用量不断增长。此外,亚太地区也充满潜在的增长机会。

(2)国内市场规模
传感器技术,作为收集信息的核心手段,与通信技术和计算机技术并驾齐驱,是现代信息技术的重要支柱。它对国家自动化产业的发展以及整个工业建设的进程都产生了深远影响。

在当今信息时代,人们首先要解决的就是获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。传感器已渗透到工业生产、热能计量、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程甚至文物保护等领域,为推动经济发展和社会进步起到了积极作用。

从应用领域来看,机械工业、汽车电子、通信电子、消费电子四部分是传感器最大的市场。国内工业和汽车电子产品领域的传感器占比约 42%左右,而发展最快的是汽车电子和通信电子应用市场。

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近年来,国内传感器市场持续快速增长,年均增长速度超过 20%。目前我国已有 1700 多家从事传感器生产和研发的企业,市场规模 2014 年达到 865 亿元,2015 年则达到 995 亿元。其中,压力传感器行业规模约 194 亿元,占比约 19.5%;流量传感器规模约 211.9 亿元,占比约 21.3%,温度传感器规模约 143.3 亿元,占比约 14.4%。

按年增速 20%测算,可预测 2018 年国内温度传感器市场规模约为225 亿:近几年我国温度传感器行业销售市场情况如下图所示:

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2、发展趋势

近百年来,温度传感器的发展大致经历以下3个阶段:
1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)
2)模拟集成温度传感器/控制器
3)智能温度传感器

"当前,全球范围内的温度传感器正经历着从模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的重大转变。"

三、集成温度传感器的产品分类

(1)模拟集成温度传感器

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器在 20 世纪 80 年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。

主要特点:功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等,适合远距离测温、控温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器,典型产品有 AD590、AD592、TMP17、LM135 等。

(2)模拟集成温度控制器

模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器。典型产品有LM56、AD22105 和 MAX6509。某些增强型集成温度控制器(例如 TC652/653)中还包含了 A/D 转换器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统,工作时并不受微处理器的控制,这是二者的主要区别。

(3)智能温度传感器
智能温度传感器(也称数字温度传感器), 20 世纪 90 年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器、随机存取存储器和只读存储器。

主要特点:能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。


四、智能温度传感器发展的新趋势

21世纪,智能温度传感器正以高精度、多样化功能、标准化总线、高度可靠性和安全性、以及开发虚拟传感器和网络传感器的步伐,向高科技领域迅速迈进。此外,单片测温系统的研发也正当时,预示着未来的技术革新。

(1)提高测温精度和分辨力
在 20 世纪 90 年代中期最早推出的智能温度传感器,采用 8 位 A/D 转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到 1℃。目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是 9~12 位 A/D 转换器,分辨力一般可达 0.5~0.0625℃。由美国 DALLAS 半导体公司新研制的 DS1624 型高分辨力智能温度传感器,能输出 13 位二进制数据,其分辨力高达 0.03125℃,测温精度为±0.2℃。

为了提高多通道智能温度传感器的转换速率,有的芯片也采用高速逐次逼近式 A/D 转换器。以 AD7817 型 5 通道智能温度传感器为例,它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27μs、9μs。

(2)增加测试功能
新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如,DS1629 型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。DS1624 还增加了存储功能,利用芯片内部 256 字节的 E2PROM 存储器,可存储用户的短信息。另外,智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择,主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式,有的还增加了低温极限扩展模式,操作非常简便。对某些智能温度传感器而言,主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其 A/D 转换速率(典型产品为 MAX6654)、分辨力及最大转换时间(典型产品为 DS1624)。

智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系统;它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪,典型产品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。

(3)总线技术的标准化与规范化
目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,所采用的总线主要有单线(-Wire)总线、I2C 总线、SMBUS 总线和 SPI 总线。

五、温度传感器应用

1、感测应用

温度传感器的热转换方式经常被用来测量物理量(如流量、辐射、气体压力、气体种类、湿度、热化学反应等)。这些传感器的测量值都是以热形式为媒介并以电信号的方式输出。

2、生物医学应用

生物医学领域需要一种特殊的温度传感器,其要求极其严格。必须具备低功耗、长期稳定性卓越、可靠性极高以及在32~44℃范围内精确度误差小于0.1℃的特性。这种传感器对于生物医学的应用至关重要,以确保测量结果的准确性和可靠性。

3、太空应用

热敏电阻以及硅 PN 结已经使用于太空温度测量。利用分立的模拟和数字接口电路从感测元件读取温度信息对于低成本、低质量的使用情况越来越不适用。尤其在微米/纳米卫星中更难满足需要。具有数字输出功能的智能温度传感器可应用于未来的卫星设计中。并能传送与微处理器兼容的数字信息。

4、工业应用

集成温度传感器在自动化应用和微生物体热检测应用已有报道,尽管它们的特性和需求根据每个特殊的应用而变化非常大。对于低成本、长期稳定性和可靠性、强大的数字接口以及通信系统等这些特殊的应用需求,目前的智能温度传感器都可满足。

5、消费产品应用

低成本集成温度传感器与变送器已经出现,而且被应用于消费产品中,如洗衣机、冰箱、空调等。低成本、无需外部部件、制造时简单的片上校正等是消费产品应用的特殊需求。并且在- 20 一 100℃之间测量精度要能达到 0.5℃。

6、汽车应用
汽车上普遍用热敏电阻来测量温度,汽油车单车用量 5-10 个,纯电动汽车在 15-20 个,主要企业包括 TDK(EPCOS)、Amphenol、TE 等,普遍具备热敏电阻自制能力,国内企业华工高理、汇北川同样进入前装体系,并批量供货,但热敏电阻采购外资为主,如 Murata、Semitec。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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