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压电式传感器是一种基于压电效应的传感器

文章作者:红旗仪表(江苏)有限公司发布时间:2020-05-02

大家熟知的压电式传感器,是一种基于压电效应的传感器,是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。

压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为电的非电物理量。

它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指:当晶体受到某固定方压电式传感器,压电式传感器向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象,又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式。

压电晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这 5种状态下产生压电效应。

例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。

压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。

压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。缺点是具有热释电性,会对力学量测量造成干扰。有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。

有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体,如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器,很有发展前途。 压电式传感器大致可以分为4种,即:压电式测力传感器,压电式压力传感器,压电式加速度传感器及高分子材料压力传感器。

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