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压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的一种传感器,其中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺,主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时,其内部将发生极化现象,而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后,它又会重新回到不带电的状态,此现象称为“压电效应”。
压电式压的结构示意图。压电元件夹于两个弹性膜片之间,压电元件的一个侧面与膜片接触并接地,另一侧面通过引线将电荷量引出。被测压力均匀作用在膜片上,使压电元件受力而产生电荷。电荷量一般用放大,转换为电压或电流输出,输出信号与被测压力值相对应。
更换压电元件可以改变压力的测量范围;在配用电荷放大器时,可以用将多个压电元件并联的方式提高传感器的灵敏度;在配用电压放大器时,可以用将多个压电元件串联的方式提高传感器的灵敏度。
压电式压力传感器体积小,结构简单,工作可靠;测量范围宽,可测100MPa以下的压力;测量精度较高;频率响应高,可达30kHz,是动态压力检测中常用的传感器,但由于压电元件存在电荷泄漏,故不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。