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压电式传感器的原理与应用

时间:2021-01-15 点击次数:

压电式传感器所用压电材料主要有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。在这些晶体中,石英(二氧化硅)是一种天然晶体,它具有压电效应,它的压电性在某一温度范围内一直存在,但当温度超过这一范围后,它便完全消失(这一高温范围称为“居里点”)。因为随应力变化的电场变化很小(即压电系数较低),石英逐渐被其它压电晶体所取代。虽然酒石酸钾钠有较高的压电灵敏度和压电系数,但仅适用于室内温和湿度较低的环境。磷酸二氢胺属于人造晶体,由于其耐高温、耐高湿,已被广泛使用。

目前多晶的压电陶瓷,如钛酸钡压电陶瓷,PZT压电陶瓷,铌酸铅压电陶瓷和铌镁酸铅压电陶瓷,都存在压电效应。

压电效应是压电传感器的主要工作原理,由于压电传感器受外力作用后产生的电荷,只有在电路中有无限大的输入阻抗时,压电效应才能被静态地测量。但实际情况并非如此,因此这决定了压电传感器只能测量动态应力。

压电式传感器主要应用于测量加速度、压力和压力等。压电式加速度传感器是目前应用较多的加速度传感器。其特点是结构简单,体积小,重量轻,使用寿命长,性能优良。压电式加速度传感器在飞行器、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动与冲击测试中有着广泛的应用,尤其在航空航天等领域有着特殊的地位。压电式传感器还可以用来测量内燃机内燃烧压力和真空度。还可用于军事工业,例如,用于测量枪炮子弹在膛内瞬间的膛压变化和炮口的冲击波压力。该仪器可用于测量大压力,也可用于测量小压力。

压电式传感器也被广泛应用于生物医学测量中,例如,由压电传感器制成的心室导管式微音器,由于动态压力测量的普及,压电式传感器的应用就非常广泛。

其内部结构由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片及引出线等部分组成,构成应变片。设计人员可根据不同用途,设计出电阻应变片的阻值,但应注意电阻的取值范围:阻值过小,所需的驱动电流过大,同时应变片发热导致自身温度过高,在不同的环境下使用,使应变片的阻值变化过大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而且,电阻过大,阻抗过高,不能抵抗外界的电磁干扰。通常都是几十欧到十几欧左右。

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