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压电式压力传感器 一、 压电效应 二、 压电晶体与陶瓷晶体压电效应的区别 三、 压电传感器的应用及其电路 一 压电式压力传感器的工作原理 压力式传感器是基于某些电介质的压电效应原理制成的。 压电效应： 某些电介质物体，对其沿一定方向施加压力或拉力发生机械应变时，会在其相对两面上产生等量异号电荷，在将外力去掉时，电荷随之消失，它们又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。 压电材料： 具有压电效应的物体称为压电材料。如： 石英晶体。 正（纵）压电效应：通常把沿电轴方向施加压力产生的压电效应称为纵向压电应，也称为正压电效应。 逆（横）压电效应： 沿机械轴方向施加压力产生的压电效应称为横向压电效应，也称为逆压电效应。 正逆压电效应之间的能量转换： 压电石英晶体材料： 石英晶体的压电效应： 在晶体学中可以用三根相互垂直的轴线来表示石英晶体的压电特性。 纵向轴线称为光轴 经过六面体棱线并与光轴垂直的轴线称为电轴 垂直于对称棱面，同时与广州和电轴垂直的轴线 称为机械轴 石英晶体振荡器 ： 石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件 石英晶体结论： 无论正或逆压电效应，其作用力（应变）与电荷（电场强度）之间呈现线性关系。 晶体在哪个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应。 晶体不是在任何方向上都存在压电效应。 只能进行动态测量。 压电式压力传感器的结构： 三、压电式传感器的等效电路 及其应用 压电式传感器的等效电路：压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面聚集电荷，电荷 量相等，极性相反，相当于一个以压电材料 为电介质的电容器。其电容量为：C0=ε0 εA/d 压电式压力传感器的应用及特点： 压电式压力传感器主要主要适用于变化快的动态压力的测量，不适用于变化缓慢的压力和静态压力的测量。广泛用于测量内燃机燃烧室内德压力，空气或水下爆炸冲击波的压力，风洞的压力以及各种高压容器、高压管道内腔的压力等。 压力传感器具有一下特点： 1）、体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，工作温度可在250℃以上。 * * ?? 1．压电效应 ( 正压电效应 ） 电介质在沿一定方向上受到外力 产生变形 外力去掉，回到不带电状态 内部产生极化现象，表面产生电荷 压电效应动画演示 2. 逆压电效应 极化方向上施加交变电场 产生机械变形 去外加电场，变形消失 逆压电效应动画演示 压电介质 正压电效应 电能 机械能 逆压电效应 压电晶体材料 天然形成的石英晶体外形图 换能器 超声波传感器 压电材料 石英晶体外形图 石英晶体晶轴 （1）压电晶体 石英晶体外形图 压电晶体是一种单晶体。 例如： 石英晶体； 酒石酸钾钠等 二、压电材料 1、常见压电材料 天然形成的石英晶体外形图 （2）压电陶瓷 压电陶瓷是一种人工制造的多晶体。 例如：钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锶等 压电陶瓷外形图 压电陶瓷： 未极化前：不具压电性 撤销外电场 加外电场 E 极化现象的理解： 压电元件被夹在两片性能相同的弹性元件（膜片） 之间弹性元件把压力收集并转换成集中作用力F， 再传递给压电元件。压电元件的一个侧面与膜片 接触并接地，另一侧面通过引线将电荷量引出。 当被测压力均匀作用在膜片上时，电压元件就在 其表面产生电荷，电荷经引线引出后，送到电荷 放大器或电压放大器放大，转换成标准电压或电 流输出，其大小与被测压力成正比关系。 电荷源 电压源