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测力传感器——压电测力传感器

更新时间:2023-04-19      点击次数:594

测力传感器——压电测力传感器

压电效应原理

正压电效应(顺压电效应):压电效应表明了石英晶体的力学性质和电学的耦,1880年雅克•保罗•居里和皮埃尔•居里发现在石英,电气石等多种晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,于是他们将这种现象称为压电效应。

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逆压电效应(电致伸缩效应):后来他们发现电场可以使压电材料发生形变,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,他们将这种现象命名为逆压电效应。


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常见的压电材料

常见的压电材料可分为两类,即压电单晶体和多晶体压电陶瓷。

压电单晶体有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性压电 晶体(包括酒石酸钾钠、酒石酸乙烯二铵、酒石酸二钾、硫酸锤等)。

多晶体压电陶瓷有钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷、 铌酸盐系压电陶瓷和铌镁酸铅压电陶瓷等。

压电材料应具备以下几个主要特性:

①转换性能。要求具有较大的压电常数。

②机械性能。机械强度高、刚度大。

③电性能。高电阻率和大介电常数。

④环境适应性。温度和湿度稳定性要好,要求具有较高的居里点,获得较宽的工 作温度范围。

⑤时间稳定性。要求压电性能不随时间变化


基于应力检测的压电传感器

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。压电式传感器是一种典型的有源(发电型)传感器,以电介质的压电效应为基础,外力作用下在电介质表面产生电荷,从而实现非电量测量。

压电传感元件是力敏感元件,其可以对各种动态力、机械冲击和振动 进行测量,在声学、医学、力学、石油勘探、导航方面都得到广泛的应用。

压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。



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