2.4 压电式传感器

1. 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。

2. 自然界的压电效应：

冰糖破碎

敦煌鸣沙丘

电子打火机

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2.4.1 工作原理—压电效应

压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

1. 正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

2. 逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。

1）石英晶体

2）压电陶瓷

3）高分子

2.4.2 等效电路

2.4.3 测量电路

1. 压电元件的串联和并联相当于电容的串联和并联

2. 通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器

压电式传感器的输出是电压信号（电压发生器）—前置放大器：电压放大器

压电式传感器的输出是电荷信号（电荷发生器）—前置放大器：电荷放大器

2.4.4 应用

1. 压电式单向测力传感器

2. 压电式振动加速度传感器

3. 玻璃破碎报警装置

4. 高分子压电电缆测速

5. 压电式金属加工切削力测量

2.4.5 常见压电式传感器

2.5 压阻式压力传感器

2.5.1 工作原理

  压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。

  采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。

  当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。

2.5.2 常见压阻式压力传感器

 •精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；

 •便于实现显示数字化；

 •可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。

作业：

1、压电式传感器的工作原理是什么？压电材料有哪些？

2、压阻式压力传感器的工作原理是什么？