壓電式傳感器工作原理

　　壓電式傳感器工作原理主要基于壓電效應(yīng)，利用電氣元件和其他機(jī)械把待測(cè)的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進(jìn)行相關(guān)測(cè)量工作的測(cè)量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測(cè)量當(dāng)中，原因是受到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無(wú)限大的輸入抗阻的時(shí)候，才可以得以保存下來(lái)，下面就由賢集網(wǎng)小編我來(lái)給大家簡(jiǎn)單的講講壓電式傳感器工作原理的應(yīng)用情況！

　　實(shí)際壓電傳感器只可以應(yīng)用在動(dòng)態(tài)的測(cè)量當(dāng)中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應(yīng)就是在石英上發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)應(yīng)力發(fā)生變化的時(shí)候，電場(chǎng)的變化很小很小，其他的一些壓電晶體就會(huì)替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電系數(shù)和壓電靈敏度的，但是，它只可以使用在室內(nèi)的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體，它可以在很高的濕度和很高的溫度的環(huán)境中使用，所以，它的應(yīng)用是非常廣泛的。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓電效應(yīng)也已經(jīng)在多晶體上得到應(yīng)用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內(nèi)。

　　壓電效應(yīng)的傳感器，它是機(jī)電轉(zhuǎn)換式和自發(fā)電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料制作而成的，而當(dāng)壓電材料受到外力作用的時(shí)候，它的表面會(huì)形成電荷，電荷會(huì)通過(guò)電荷放大器、測(cè)量電路的放大以及變換阻抗以后，就會(huì)被轉(zhuǎn)換成為與所受到的外力成正比關(guān)系的電量輸出。

　　壓電式傳感器的技術(shù)參數(shù)

　　壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)， 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于一定形狀、 尺寸的壓電元件， 其固有電容與介電常數(shù)有關(guān); 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

　　在壓電效應(yīng)中，機(jī)械耦合系數(shù)等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。

　　壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏， 從而改善壓電傳感器的低頻特性。壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)溫度。

　　壓電式傳感器的應(yīng)用

　　1、壓電式測(cè)力傳感器

　　壓電式測(cè)力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場(chǎng)合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測(cè)量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，可測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測(cè)力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上基本一樣。

　　2、壓電式加速度傳感器

　　壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個(gè)表面上鍍銀層，并在銀層上焊接輸出引線，或在兩個(gè)壓電片之間夾一片金屬，引線就焊接在金屬片上，輸出端的另一根引線直接與傳感器基座相連。在壓電片上放置一個(gè)比重較大的質(zhì)量塊，然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對(duì)質(zhì)量塊預(yù)加載荷。整個(gè)組件裝在一個(gè)厚基座的金屬殼體中，為了隔離試件的任何應(yīng)變傳遞到壓電元件上去，避免產(chǎn)生假信號(hào)輸出，所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來(lái)制造。

　　目前制作壓電式傳感器的材料有很多，其中可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)壓電材料。壓電式傳感器中用得最多的是屬于壓電多晶的各類(lèi)壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。

　　如今的大型精密系統(tǒng)對(duì)質(zhì)量和體積大小都非常的關(guān)注，傳統(tǒng)的大塊頭的壓電傳感器將逐步的失去其市場(chǎng)。隨著新材料及新加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)，利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器由于具有體積非常的小、互換性及可靠性都很好的吸引力，正在逐步取代傳統(tǒng)的壓電傳感器。壓電傳感器的功能已經(jīng)突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)，而是經(jīng)過(guò)微電腦處理后的數(shù)字信號(hào)，有的壓電傳感如集成后的壓電傳感器其本身帶有控制功能，也就是數(shù)字傳感器，這是一大發(fā)展趨勢(shì)。