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看完本篇你就知道压电式压力传感器的运行原理了

点击次数:113  发布时间:2022-09-02
  压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。
 
  由物理学知,一些离子型晶体的电介质(如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等)不仅在电场力作用下,而且在机械力作用下,都会产生极化现象。
 
  即: 在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时,就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化,从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷,且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比;
 
  当外力消失,又恢复不带电原状;当外力变向,电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应,或简称压电效应。
 
  压电式压力传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应,目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等,当这些晶体受压力作用发生机械变形时,在其相对的两个侧面上产生异性电荷,这种现象称为“压电效应”。
 
  压电式压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。
 
  由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。
 
  现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
 
  压电效应是压电式压力传感器的主要工作原理,压电式压力传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电式压力传感器只能够测量动态的应力。
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