壓電式壓力傳感器是如何工作的？

半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過(guò)施加外力(壓力)使薄片變形而產(chǎn)生壓阻抗效應(yīng)，從而將阻抗變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

電容式壓力傳感器，它是相對(duì)于玻璃的固定極和硅的可動(dòng)極而形成的電容，它能將由外部力(壓力)使可動(dòng)極變形引起的靜電容量的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

壓電式傳感器所用壓電材料主要有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。在這些晶體中，石英(二氧化硅)是一種天然晶體，它具有壓電效應(yīng)，它的壓電性在某一溫度范圍內(nèi)一直存在，但當(dāng)溫度超過(guò)這一范圍后，它便完全消失(這一高溫范圍稱(chēng)為“居里點(diǎn)”)。因?yàn)殡S應(yīng)力變化的電場(chǎng)變化很小(即壓電系數(shù)較低)，石英逐漸被其它壓電晶體所取代。雖然酒石酸鉀鈉有較高的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但僅適用于室內(nèi)溫和濕度較低的環(huán)境。磷酸二氫胺屬于人造晶體，由于其耐高溫、耐高濕，已被廣泛使用。

壓電式傳感器主要應(yīng)用于測(cè)量加速度、壓力和壓力等。壓電式加速度傳感器是目前應(yīng)用較多的加速度傳感器。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，性能優(yōu)良。壓電式加速度傳感器在飛行器、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑物的振動(dòng)與沖擊測(cè)試中有著廣泛的應(yīng)用，尤其在航空航天等領(lǐng)域有著特殊的地位。壓電式傳感器還可以用來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)內(nèi)燃燒壓力和真空度。還可用于軍事工業(yè)，例如，用于測(cè)量槍炮子彈在膛內(nèi)瞬間的膛壓變化和炮口的沖擊波壓力。該儀器可用于測(cè)量大壓力，也可用于測(cè)量小壓力。

壓電式傳感器也被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，例如，由壓電傳感器制成的心室導(dǎo)管式微音器，由于其測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力的作用十分普遍，因此其應(yīng)用十分廣泛。

除壓電傳感器外，還有利用壓阻效應(yīng)制造的壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等等，這些傳感器利用不同的效應(yīng)和材料，可以在不同的場(chǎng)合下發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

在工業(yè)生產(chǎn)中，壓力傳感器是最常用的一種傳感器，我們通常所用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)來(lái)制作的，這種傳感器又稱(chēng)壓電傳感器。

眾所周知，晶體具有各向異性，而非晶體具有各向同性。在沿某一方向受機(jī)械作用力作用而產(chǎn)生變形時(shí)，某些晶體介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng)；在撤除機(jī)械作用力后，某些晶體會(huì)回到不帶電狀態(tài)，即受壓時(shí)，某些晶體會(huì)產(chǎn)生極化效應(yīng)，即所謂的極化效應(yīng)。正是基于這種效應(yīng)，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了壓力傳感器。

目前多晶壓電陶瓷也存在壓電效應(yīng)，如鈦酸鋇壓電陶瓷，PZT，鈮酸鉛和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，由于壓電傳感器受外力作用后產(chǎn)生的電荷，只有在電路中有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)，壓電效應(yīng)才能被靜態(tài)地測(cè)量。但實(shí)際情況并非如此，因此這決定了壓電傳感器只能測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)力。

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