壓電式壓力傳感器是利�壓電材料的壓電效�(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的一�傳感�,其中主要使用的壓電材料包括有石�、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫�,主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中�
某些電介�(zhì)沿著某一�(gè)方向受力而發(fā)生機(jī)械變�(壓縮或伸�)�(shí),其�(nèi)部將�(fā)生極化現(xiàn)�,而在其某些表面上�(huì)�(chǎn)生電�。當(dāng)外力去掉�,它又會(huì)重新回到不帶電的狀�(tài),此�(xiàn)象稱為“壓電效�(yīng)”�
壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號的。由壓電材料制成的壓電元件受到壓力作用時(shí)�(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系:
Q=kSp
式中 Q為電荷量;k為壓電常�(shù);S為作用面�;p為壓�。通過測量電荷量可知被測壓力大小�
�1為一種壓電式壓力傳感器的�(jié)�(gòu)示意�。壓電元件夾于兩�(gè)彈性膜片之間,壓電元件的一�(gè)�(cè)面與膜片接觸并接�,另一�(cè)面通過引線將電荷量引出。被測壓力均勻作用在膜片上,使壓電元件受力而產(chǎn)生電�。電荷量一般用電荷放大器或電壓放大器放�,轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸�,輸出信號與被測壓力值相對應(yīng)�
壓電壓力傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫�。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶�,壓電效�(yīng)就是在這種晶體中發(fā)�(xiàn)�,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存�,但溫度超過這�(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這�(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化�?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的�(huán)境下才能夠應(yīng)�。磷酸二氫胺屬于人造晶�,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已�(jīng)得到了廣泛的�(yīng)用�
更換壓電元件可以改變壓力的測量范�;在配用電荷放大器時(shí),可以用將多�(gè)壓電元件并聯(lián)的方式提高傳感器的靈敏度;在配用電壓放大器時(shí),可以用將多�(gè)壓電元件串聯(lián)的方式提高傳感器的靈敏度�
壓電式壓力傳感器體積�,結(jié)�(gòu)簡單,工作可靠;測量范圍�,可�100MPa以下的壓�;測量精度較�;頻率響�(yīng)�,可�(dá)30kHz,是�(dòng)�(tài)壓力檢測中常用的傳感�,但由于壓電元件存在電荷泄漏,故不適宜測量緩慢變化的壓力和靜�(tài)壓力�
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