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看完本篇你就知道壓電式壓力傳感器的運(yùn)行原理了

點(diǎn)擊次數(shù):2279  更新時(shí)間:2024-06-18
  壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的。
 
  由物理學(xué)知,一些離子型晶體的電介質(zhì)(如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等)不僅在電場(chǎng)力作用下,而且在機(jī)械力作用下,都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象。
 
  即: 在這些電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時(shí),就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化,從而導(dǎo)致其兩個(gè)相對(duì)表面(極化面)上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷,且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度σ)與外應(yīng)力張量T成正比;
 
  當(dāng)外力消失,又恢復(fù)不帶電原狀;當(dāng)外力變向,電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng),或簡(jiǎn)稱壓電效應(yīng)。
 
  壓電式壓力傳感器的原理是基于某些晶體材料的壓電效應(yīng),目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等,當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí),在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷,這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。
 
  壓電式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胺。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存在,但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)*消失(這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。
 
  由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微小(也就說(shuō)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環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
 
  現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
 
  壓電效應(yīng)是壓電式壓力傳感器的主要工作原理,壓電式壓力傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量,因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷,只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電式壓力傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。
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