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，利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉(zhuǎn)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(tài)的測量當中，原因是受到外力作用后的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。

       實際壓電傳感器只可以應用在動態(tài)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(fā)現(xiàn)的。當應力發(fā)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，它的應用是非常廣泛的。隨著技術的發(fā)展，壓電效應也已經(jīng)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(nèi)。

　　壓電效應的傳感器，它是機電轉(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后，就會被轉(zhuǎn)換成為與所受到的外力成正比關系的電量輸出。

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(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場合，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，測量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動態(tài)特性好。當采用大時間常數(shù)的電荷放大器時，可測量準靜態(tài)力。按測力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結(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。在壓電片的兩個表面上鍍銀層，并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(zhì)量塊，然后用一硬彈簧或螺栓、螺帽對質(zhì)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(chǎn)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)對質(zhì)量和體積大小都非常的關注，傳統(tǒng)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(fā)，利用激光等各種微細加工技術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，其輸出不再是一個單一的模擬信號，而是經(jīng)過微電腦處理后的數(shù)字信號，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。