2.2.2 壓電式傳感器測(cè)量力（壓電材料及應(yīng)用）

●項(xiàng)目——力的測(cè)量●任務(wù)——壓電式傳感器測(cè)量力壓電材料（1）壓電常數(shù)。壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。（2）彈性常數(shù)。壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。（3）介電常數(shù)。對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)，而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。（4）機(jī)械耦合系數(shù)。在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入能量（如機(jī)械能）之比的平方根，它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。（5）絕緣電阻。電阻壓電材料的絕緣電阻能減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6）居里點(diǎn)。壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點(diǎn)。主要特性參數(shù)?壓電材料——壓電材料的分類及特性壓電式傳感器測(cè)量力晶振石英晶體在振蕩電路中工作時(shí)，壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)交替作用，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩輸出頻率。?壓電材料——壓電材料的分類及特性壓電式傳感器測(cè)量力鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（PZT）妮酸鹽系列壓電陶瓷鈮鎂酸鉛壓電陶瓷（PMN）鈦酸鋇壓電陶瓷●壓電陶瓷√優(yōu)點(diǎn)：很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)（約為石英晶體的50倍）?！倘秉c(diǎn)：是居里溫度低（120℃），溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度不如石英晶體?！虊弘娤禂?shù)更大，居里溫度在300℃以上，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)受溫度影響小，時(shí)間穩(wěn)定性好。√可以獲得不同性能的PZT材料。√是目前壓電式傳感器中應(yīng)用最廣泛的壓電材料。√以鐵電體鈮酸鉀（KNbO3）和鈮酸鉛（PbNbO3）為基礎(chǔ)?！叹哂休^高的壓電常數(shù)（d11=（800~900）×10-12C/N）和居里點(diǎn)（260℃），它能在壓力大至70MPa時(shí)正常工作?壓電材料——壓電元件的結(jié)構(gòu)形式壓電式傳感器測(cè)量力●基本原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)這個(gè)特性，即當(dāng)有力作用在壓電元件上時(shí)，傳感器就有電荷（或電壓)輸出。并聯(lián)接法√兩個(gè)壓電片的負(fù)端粘接在一起，中間插入的金屬電極成為壓電片的負(fù)極，正電極在兩邊的電極上?！?/p>

電容量增加了1倍，外力作用下正負(fù)電極上的電荷量增加了1倍，輸出電壓與單片時(shí)相同。?壓電材料——壓電元件的結(jié)構(gòu)形式壓電式傳感器測(cè)量力●基本原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)這個(gè)特性，即當(dāng)有力作用在壓電元件上時(shí)，傳感器就有電荷（或電壓)輸出。串聯(lián)接法√兩壓電片不同極性端粘接在一起，從電路上看是串聯(lián)的。√

兩壓電片中間粘接處正負(fù)電荷中和，上、下極板的電荷量與單片時(shí)相同，總電容量為單片的1/2，輸出電壓增大了1倍。壓電式傳感器測(cè)量力?壓電式傳感器的應(yīng)用——壓電式力傳感器●壓電式力傳感器是以壓電元件為轉(zhuǎn)換元件，輸出電荷與作用力成正比的力-電轉(zhuǎn)換裝置?！癯Ｓ玫男问剑汉芍貕|圈式，它由基座、蓋板、石英晶片、電極以及引出插座等組成?！裰饕糜陬l率變化不太高的動(dòng)態(tài)力的測(cè)量。傳力上蓋壓電片電極電極引出插頭絕緣材料底座絕緣材料壓電式傳感器測(cè)量力?壓電式傳感器的應(yīng)用——壓電式力傳感器壓電傳感器刀架車刀工件壓電傳感器刀具切削力信號(hào)壓電式傳感器測(cè)量力?壓電式傳感器的應(yīng)用——壓電式加速度傳感器●優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、體積小、重量輕、測(cè)量頻率上限高、動(dòng)態(tài)范圍大?！袢秉c(diǎn)：易受外界干擾，在測(cè)量前需進(jìn)行各種校驗(yàn)?！駢弘娛郊铀俣葌鞲衅鞯闹饕桑簤弘娫?、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。壓電式傳感器測(cè)量力?壓電式傳感器的應(yīng)用——壓電式加速度傳感器●作用：對(duì)質(zhì)量塊加載，產(chǎn)生預(yù)壓力，以保證在作用力變化時(shí)晶片始終受到壓縮●