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被广泛应用的压电传感器的工作原理

时间:2021-03-02 点击次数:

压电传感器的原理是基于一些晶体材料的压电效应。目前,广泛使用的压电材料有应时和钛酸钡等。当这些晶体在压力下发生机械变形时,在它们的相对侧会产生相反的电荷。这种现象被称为“压电效应”。

主要用于压电传感器的压电材料包括应时、酒石酸钾钠和磷酸二氢钾。其中,应时(二氧化硅)是一种天然晶体,在其中发现了压电效应。在一定的温度范围内,压电性质一直存在,但是当温度超过这个范围时,压电性质就完全消失了(这个高温叫做居里点)。由于电场随应力的变化而略有变化(即压电系数相对较低),应时逐渐被其他压电晶体取代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和系数,但只能在低温低湿环境下应用。磷酸二氢胺是一种人工晶体,能耐高温高湿,因此得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用于多晶,如压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐压电陶瓷、铌酸铅镁压电陶瓷等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理。压电传感器不能用于静态测量,因为只有当回路具有无穷大的输入阻抗时,才会节省外力后的电荷。实际情况并非如此,因此决定压电传感器只能测量动应力。

压电传感器主要用于测量加速度、压力和力。压电加速度计是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。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,特别是在航空和航天领域。压电传感器也可以用来测量内燃机的压力和真空度。也可用于军事工业,如测量膛内枪、子弹发射瞬间膛压和炮口冲击波压力的变化。它可以用来测量大压力和小压力。

压电传感器也广泛应用于生物医学测量。例如,心室导管麦克风由压电传感器制成。由于动态压力测量如此普遍,压电传感器被广泛使用。

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