壓力傳感器是工業實踐中最爲常用的一種傳感器,而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的,這樣的傳感器也稱爲壓電傳感器。
我們知道,晶體是各向異性的,非晶體是各向同性的。某些晶體介質,當沿着一定方向受到機械力作用發生變形時,就産生了極化效應;當機械力撤掉之後,又會重新回到不帶電的狀态,也就是受到壓力的時候,某些晶體可能産生出電的效應,這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研制出了壓力傳感器。
壓電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(二氧化矽)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發現的,在一定的溫度範圍之内,壓電性質一直存在,但溫度超過這個範圍之後,壓電性質完全消失(這個高溫就是所謂的“居裏點”)。
由于随着應力的變化電場變化微小(也就說壓電系數比較低),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,但是它隻能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當高的濕度,所以已經得到了廣泛的應用。在現在壓電效應也應用在多晶體上,比如現在的壓電陶瓷,包括钛酸鋇壓電陶瓷、PZT、铌酸鹽系壓電陶瓷、铌鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜态測量,因爲經過外力作用後的電荷,隻有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器隻能夠測量動态的應力。
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