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壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器是一種基于壓電效應(yīng)制成的傳感器，以下是其詳細(xì)介紹：
工作原理
當(dāng)某些電介質(zhì)晶體（如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等）沿著某一個(gè)方向受力發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，在某些表面上會(huì)產(chǎn)生電荷，而當(dāng)外力去掉后，又會(huì)重新回到不帶電的狀態(tài)，此現(xiàn)象稱(chēng)為 “壓電效應(yīng)”.
壓電式壓力傳感器中的壓電元件受到壓力作用時(shí)產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線(xiàn)性關(guān)系，即，其中為電荷量，為壓電常數(shù)，為作用面積，為壓力，通過(guò)測(cè)量電荷量便可得知被測(cè)壓力大小.
結(jié)構(gòu)類(lèi)型
膜片式：主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上，由膜片將被測(cè)壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測(cè)壓力成一定關(guān)系的電信號(hào).
活塞式：結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通過(guò)活塞將壓力傳遞給壓電元件，其優(yōu)點(diǎn)是能夠承受較大的壓力，常用于高壓測(cè)量場(chǎng)合 。
主要特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
高靈敏度：能夠感知微小的壓力變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，為后續(xù)的測(cè)量和控制提供精確的數(shù)據(jù).
高精度：測(cè)量精度通�？梢赃_(dá)到 0.1% 以上，因此被廣泛應(yīng)用于各種高精度測(cè)量和控制場(chǎng)景中.
可靠性高：采用無(wú)活動(dòng)部件的設(shè)計(jì)，不易受到機(jī)械磨損和疲勞的影響，使用壽命長(zhǎng).
抗干擾能力強(qiáng)：輸出的電信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，不易受到外界電磁干擾的影響，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性.
可承受高溫和高壓：部分壓電材料如磷酸二氫胺、lio3 單晶等可承受較高的溫度和壓力，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境.
體積小、重量輕：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，便于安裝和使用，在一些對(duì)空間和重量有要求的場(chǎng)合具有優(yōu)勢(shì).
缺點(diǎn)：不適宜測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力，因?yàn)榻?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，而實(shí)際情況無(wú)法滿(mǎn)足這一條件，存在電荷泄漏問(wèn)題.
常用壓電材料
石英：是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的。在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)其居里點(diǎn)后，壓電性質(zhì)完全消失。石英的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、精度高，但壓電系數(shù)相對(duì)較低.
酒石酸鉀鈉：具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但其只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用.
磷酸二氫胺：屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，得到了廣泛的應(yīng)用.
壓電陶瓷：如鈦酸鋇壓電陶瓷、pzt、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等，具有較高的壓電系數(shù)和較好的性能，且可通過(guò)改變配方和工藝來(lái)調(diào)整其性能，以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求.
應(yīng)用領(lǐng)域
工業(yè)自動(dòng)化：被廣泛應(yīng)用于各種壓力測(cè)量和控制系統(tǒng)中，如壓力機(jī)、液壓系統(tǒng)、氣瓶壓力監(jiān)測(cè)等，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種壓力參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確控制和安全保護(hù).
生物醫(yī)學(xué)：常用于生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，如心室導(dǎo)管式微音器等，還可用于呼吸機(jī)中監(jiān)測(cè)患者的呼吸狀態(tài)和氣壓變化，以及血壓計(jì)中精確測(cè)量血壓和脈搏等生理參數(shù).
環(huán)保領(lǐng)域：可用于監(jiān)測(cè)大氣壓力、氣瓶壓力等，為環(huán)境保護(hù)和相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)支持.
軍事領(lǐng)域：在軍事領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如用于制導(dǎo)、火控系統(tǒng)等，還可測(cè)量炮膛中擊發(fā)瞬間的膛壓變化和炮口的沖擊波壓力.
航空航天：在飛機(jī)、航天器等的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試等方面發(fā)揮重要作用，可測(cè)量振動(dòng)、沖擊、壓力等參數(shù)，保障飛行安全和設(shè)備可靠性.
上一條：如何選擇適合的壓電式壓力傳感器
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