从物理学上已知一些离子晶体电介质(如石英,酒石酸钠钾,钛酸钡等)不仅在电场力的作用下极化,而且在机械力作用下极化。
也就是说,当机械力施加到电介质的某个方向上以引起变形时,内部正负电荷中心在内部转移以产生电极化,导致在两个相对表面(极化表面)上出现符号。
。
相反的束缚电荷及其电位移D(在MKS单位系统中,即电荷密度σ)与外部应力张量T成正比;当外力消失时,它返回到不带电的未受干扰状态;当外力改变方向时,电荷极性随之而变化。
这种现象称为正压电效应,或简称为压电效应。
压电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是石英和钛酸钡。
当这些晶体通过压力机械变形时,两个相反的晶体在侧面产生异质电荷,这种现象称为“压电效应”。
主要用于压电压力传感器的压电材料包括石英,酒石酸钠钾和磷酸二氢盐。
其中,石英(二氧化硅)是一种天然水晶。
在这种晶体中发现了压电效应。
在一定的温度范围内,压电性能总是存在,但是在温度超过该范围后,压电性能完全消失(该高温是所谓的“居里点”)。
由于电场随应力的变化而变化很小(即,压电系数相对较低),因此石英逐渐被其他压电晶体取代。
酒石酸钾钠具有较大的压电灵敏度和压电系数,但它只能在低室温和高湿度的环境中使用。
磷酸二氢盐是一种能够承受高温和相对高湿度的人造晶体,因此被广泛使用。
压电效应也应用于多晶,例如电流压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷,PZT,钽酸盐基压电陶瓷,铌酸镁镁压电陶瓷等。
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,因为只有在电路具有无限输入阻抗时才能保存外力后的电荷。
情况并非如此,因此这确定了压电压力传感器只能测量动态应力。
压电式压力传感器主要用于测量加速度,压力和力。
压电加速度计是常用的加速度计。
它具有结构简单,体积小,重量轻,使用寿命长的特点。
压电加速度计已广泛应用于飞机,汽车,船舶,桥梁和建筑物的振动和冲击测量,特别是在航空航天领域。
压电压力传感器还可用于测量发动机内的燃烧压力和真空度的测量。
它也可以用于军事工业,例如,用于测量枪弹在击发时的压力变化和枪口的冲击波压力。
它可用于测量大压力以及测量小压力。
压电压力传感器也广泛用于生物医学测量。
例如,心室导管麦克风由压电传感器制成。
由于测量动态压力是如此常见,压电式压力传感器被广泛使用。
基于压电效应的传感器。
它是一种自发电和机电转换传感器。
其敏感元件由压电材料制成。
压电材料的表面在受到应力后产生电荷。
该电荷由电荷放大器和测量电路放大和变换,并成为与所接收的外力成比例的功率输出。
压电式压力传感器用于测量可转换为力的力和非电量,例如压力,加速度等(参见压电式压力传感器,加速度计)。
其优点是频率带宽高,灵敏度高,信噪比高,结构简单,运行可靠,重量轻。
缺点是一些压电材料需要防潮措施,并且输出的DC响应很差,这需要高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这个缺点。
支撑仪器和低噪音,小电容,高绝缘电阻电缆的外观使压电式压力传感器的使用更加方便。
它广泛应用于工程力学,生物医学,电声学和其他技术领域。