壓電式傳感器工作原理_壓電式傳感器的應用

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壓電式傳感器工作原理_壓電式傳感器的應用

網絡整理 發表於 2019-12-24 11:07:49

　　壓電式傳感器工作原理

　　壓電式傳感器工作原理主要基於壓電效應，利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中，原因是受到外力作用後的電荷，當迴路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來，下面就由賢集網小編我來給大家簡單的講講壓電式傳感器工作原理的應用情況！

　　實際壓電傳感器只可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。當應力發生變化的時候，電場的變化很小很小，其他的一些壓電晶體就會替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電係數和壓電靈敏度的，但是，它只可以使用在室內的溼度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體，它可以在很高的溼度和很高的溫度的環境中使用，所以，它的應用是非常廣泛的。隨著技術的發展，壓電效應也已經在多晶體上得到應用了。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。

　　壓電效應的傳感器，它是機電轉換式和自發電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料製作而成的，而當壓電材料受到外力作用的時候，它的表面會形成電荷，電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以後，就會被轉換成為與所受到的外力成正比關係的電量輸出。

　　壓電式傳感器的技術參數

　　壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數， 它直接關係到壓電輸出的靈敏度。壓電材料的彈性常數、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性。對於一定形狀、 尺寸的壓電元件， 其固有電容與介電常數有關; 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

　　在壓電效應中，機械耦合係數等於轉換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數。

　　壓電材料的絕緣電阻將減少電荷洩漏， 從而改善壓電傳感器的低頻特性。壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居裡點溫度。

　　壓電式傳感器的應用

　　1、壓電式測力傳感器

　　壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實現力-電轉換的傳感器，在拉、壓場合，通常較多採用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測量範圍寬，線性及穩定性高，動態特性好。當採用大時間常數的電荷放大器時，可測量準靜態力。按測力狀態分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結構上基本一樣。

　　2、壓電式加速度傳感器

　　壓電元件一般由兩片壓電片組成。在壓電片的兩個表面上鍍銀層，並在銀層上焊接輸出引線，或在兩個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比重較大的質量塊，然後用一硬彈簧或螺栓、螺帽對質量塊預加載荷。整個組件裝在一個厚基座的金屬殼體中，為了隔離試件的任何應變傳遞到壓電元件上去，避免產生假信號輸出，所以一般要加厚基座或選用剛度較大的材料來製造。

　　目前製作壓電式傳感器的材料有很多，其中可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。壓電式傳感器中用得最多的是屬於壓電多晶的各類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於高溫輻射環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對質量和體積大小都非常的關注，傳統的大塊頭的壓電傳感器將逐步的失去其市場。隨著新材料及新加工技術的開發，利用雷射等各種微細加工技術製成的矽加速度傳感器由於具有體積非常的小、互換性及可靠性都很好的吸引力，正在逐步取代傳統的壓電傳感器。壓電傳感器的功能已經突破傳統的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號，而是經過微電腦處理後的數位訊號，有的壓電傳感如集成後的壓電傳感器其本身帶有控制功能，也就是數字傳感器，這是一大發展趨勢。

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