壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中zui為常用的一種傳感器,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(chēng)為壓電傳感器。
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(zhì),當沿著(zhù)一定
方向受到機械力作用發(fā)生變形時(shí),就產(chǎn)生了極化效應;當機械力撤掉之后,又會(huì )重新回
到不帶電的狀態(tài),也就是受到壓力的時(shí)候,某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應,這就是所謂
的極化效應??茖W(xué)家就是根據這個(gè)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(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現的,在一定的溫度范
圍之內,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(zhù)應力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f(shuō)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,但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)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(jīng)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。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因為經(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,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應力。
壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種
常用的加速度計。它具有結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(cháng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電
式加速度傳感器在飛機、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛
的應用,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)測量發(fā)
動(dòng)機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來(lái)測量槍炮
子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來(lái)測量大的壓
力,也可以用來(lái)測量微小的壓力。
壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學(xué)測量中,比如說(shuō)心室導管式微音器就是由壓電
傳感器制成的,因為測量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍,所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。
除了壓電傳感器之外,還有利用壓阻效應制造出來(lái)的壓阻傳感器,利用應變效應的應變
式傳感器等,這些不同的壓力傳感器利用不同的效應和不同的材料,在不同的場(chǎng)合能夠
發(fā)揮它們*的用途。