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科学家根据这种效应开发了压力传感器

时间:2022-05-10
压力传感器是什么?
压力传感器是工业实践中常用的zui传感器,我们通常使用的压力传感器主要由压电效应制成,也称为压电传感器。
众所周知,晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的。当某些晶体介质沿一定方向被机械力变形时,会产生极化效应;当机械力被移除时,它们会回到不带电的状态,即当受到压力时,一些晶体可能会产生出电效应,这就是所谓的极化效应。科学家们根据这种效应开发了压力传感器。
压电传感器中使用的主要压电材料包括石英、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,在这种晶体中发现压电效应。在一定的温度范围内,压电性能一直存在,但在温度超过此范围后,压电性能完全消失(这种高温被称为居住点)。石英逐渐被其他压电晶体所取代,因为随着应力的变化,电场变化很小(即压电系数相对较低)。酒石酸钾钠具有较大的压电灵敏度和压电系数,但只能在室温和湿度相对较低的环境中使用。磷酸二氢胺是一种能承受高温和相当高湿度的人造晶体,因此得到了广泛的应用。
压电效应也应用于多晶体,如钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等。
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,因为外力作用后的电荷只能在电路具有无限输入阻抗时保存。事实并非如此,因此这决定了压电传感器只能测量动态应力。
压电传感器主要用于加速度、压力和力的测量。压电加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优良特点。压电加速度传感器已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量,特别是在航空和航天领域。压电传感器也可用于测量发动机内部燃烧压力和真空度。它也可用于军事工业,如测量枪炮子弹的瞬时室压变化和枪口的冲击波压力。它可以用来测量大压力或小压力。
压电传感器也广泛应用于生物医学测量。例如,心室导管微音器由压电传感器制成。由于动态压力的测量如此普遍,压电传感器被广泛使用。
除压电传感器外,还有压电传感器、应变传感器等。这些不同的压力传感器使用不同的效果和材料,可以在不同的场合发挥其独特的用途。
文章主要讲述了加速度传感器的类型有哪些,浏览文章可以了解到压电加速度传感器又称压电加速度传感器,也属于惯性传感器。压电式加速度传感器主要利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应。当加速度传感器振动时,质量块作用在压电元件上的力相应发生变化。在测量到的振动频率远小于加速度传感器的固有频率时,其变化与加速度成正比。
压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的超声波传感器,常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。根据正、逆压电效应的不同,压电式超声波传感器分为发生器(发射探头)和接收器(接收探头)两种,根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。
有许多材料,无论是天然的还是人造的,都表现出一系列的压电效应。一些天然压电材料包括Berlinite(结构与石英相同)、蔗糖、石英、罗谢尔盐、黄玉、电气石和骨骼(由于磷灰石晶体,干骨骼具有一些压电特性,压电效应通常被认为是生物力传感器)。人造压电材料的一个例子包括钛酸钡和锆钛酸铅。
超声波可由多种物理能量转变而成,需经过换能器进行转换。目前常用的换能器是压电陶瓷即压电晶体,在交变电场的作用中产生厚度的交替改变即声振动,当电场交变频率与压电晶体的固有频率一致时,换能器的电转换(电?声)效率高,即晶体的振幅大。压电晶体常具有两种可逆的能量转变效应:由电能转变为声能时称逆压电效应;相反,由声波的压力变化传至压电晶体后其两端的电极随声波的压缩(压力)与张弛(负压)发生正负电位交替变化,称正压电效应。在逆压电效应中压电晶体成为超声发生器;在正压电效应中压电晶体成为回声。

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