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电子式压力式传感器

的设计

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传

感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿

着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，

又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的

效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压电传感器。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因

为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实

际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

关键词：压力传感器

I

目录

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第1章绪论1

1.1背景.1

1.2应用实例.1

第2章原理分析3

2.1工作原理.3

第3章实现过程5

3.1电路图设计5

3.2电路仿真6

心得体会8

II

第1章绪论

1.1背景

压力传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。

其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在

一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质

完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小

（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸

钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境

下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以

已经得到了广泛的应用。

早在1954年美国C.S.Smith首先确认了半导体压电效应，1955年C.Herring

指出：这种压电电阻效应是由于应力的作用，引起导体与价电子带能量状态的变

化，以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。日本从1970年开始研究

开发，首先应用在血压计上，之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得

了广泛的应用。最近几年在家用电器、装配机器人等应用领域普遍采用电子压力

传感器作为压力控制、压力监控和判断真空吸附的效果。

图1电子压力传感器模型

1.2设计目的

图2是压力传感器在全自动洗衣机中的应用实例。如图所示，利用气室，

将在不同水位情