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壓電傳感器優缺點及應用
- 2018-12-14-

壓電傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發生形變(包括彎曲和伸縮形變)時,由于內部電荷的極化現象,會在其表面產生電荷的現象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。壓電式傳感器中用得最多的是屬于壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。

壓電傳感器參數:

 ?。?)壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數, 它直接關系到壓電輸出的靈敏度。

 ?。?)壓電材料的彈性常數、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性。

 ?。?)對于一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數有關; 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

 ?。?)在壓電效應中,機械耦合系數等于轉換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數。

 ?。?)壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏, 從而改善壓電傳感器的低頻特性。

 ?。?)壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。

  壓電傳感器的優點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠和重量輕等。壓電晶體可長期工作溫度可達到400℃以上,瞬間(10個毫秒級)沖擊溫度可達4000K以上,可承受很高的表面壓力(》150N/mm2)、剛度很高、線性好、遲滯小、在很寬的溫度范圍內靈敏度恒定、頻響范圍寬、可承受幾乎無限的載荷循環數,絕緣阻抗非常高。

  另外,由于石英晶體的高剛度,測量時相應的材料變形極小,一般在幾微米之內,石英敏感元件的高固有頻率特別適合于快速和動態過程的測量,它們不僅可以用于研發,也被廣泛用于工業生產和試驗過程。由于測量過程中幾無形變,所以緩慢或準靜態過程測量的誤差很小。壓電式傳感器的缺點是某些壓電材料需要防潮措施,而且輸出的直流響應差,需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。


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