壓電力傳感器，就是采用壓電原理制作而成的力傳感器，
壓電效應：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。我們的石英表，集成電路內(nèi)部的石英晶振也都是采用這種原理制作而成。
壓電晶體
壓電式力傳感器中心有一個壓電晶體，例如石英。壓電材料在機械應力作用下會產(chǎn)生電荷。原理很簡單：產(chǎn)生的電荷與所施加的機械應力成正比。電荷放大器可將電荷轉(zhuǎn)換成易于測量的0…10V輸出信號。這樣，輸出電壓與機械應力基本上成正比。
左邊，我們可以看到無應力的晶體。右邊，晶體受到機械應力：電荷呈對稱中心分開，電荷可以在晶體的頂部和底部測量。
壓電力傳感器結(jié)構(gòu)
施加在晶體上的機械應力與電荷的變化成正比。換句話說，壓力越大，電荷就越大。另外，這種傳感器輸出信號不取決于傳感器的大小，這是一個獨特的優(yōu)勢。
從結(jié)構(gòu)上來說，通常，傳感器包含兩個晶體元件。電極位于這兩個晶體之間。這個電極獲取晶體內(nèi)向側(cè)面上的電荷。電極通過電纜連接到電荷放大器上。此外，晶體盤被置于金屬外殼中。這不僅保護晶體，并且提供與晶體的接觸點，因為其需要通過屏蔽電纜連接到電荷放大器。
"在晶體和電極之間以及晶體和外殼之間良好的接觸是非常重要的。因此，材料必須具有高質(zhì)量、精確和均勻的表面。只有表面接觸良好，才能實現(xiàn)良好的電荷轉(zhuǎn)移。"
壓電傳感器結(jié)構(gòu)圖。石英晶體將應力轉(zhuǎn)化為電荷，產(chǎn)生的電荷與施加的應力呈正比。
壓電力傳感器優(yōu)點
壓電力傳感器重要特性之一就是其可覆蓋非常大的測量范圍。換言之，同樣的傳感器可以測量非常小的和非常大的力。并且尺寸小巧，有時僅有幾毫米厚。另外是高剛性，載荷下的變形是可以忽略不計的。因此，傳感器對整體工裝結(jié)構(gòu)影響極小。
壓電式傳感器的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。壓電晶體可長期工作溫度可達到400℃以上，瞬間（10個毫秒級）沖擊溫度可達4000K以上，可承受很高的表面壓力（》150N/mm2）、剛度很高、線性好、遲滯小、在很寬的溫度范圍內(nèi)靈敏度恒定、頻響范圍寬、可承受的載荷循環(huán)數(shù)，絕緣阻抗非常高。
壓電力傳感器缺點
但另外一個方面，壓電傳感器更容易產(chǎn)生漂移，因此測量所需的電荷差不能長期地保持。假定漂移量為10n/min。一旦測量鏈斷開，這個漂移量在工作期間會降低很多。并且，不管測的力大小如何，它總是是相同的。這意味著，如果長時間測量低力值，漂移的影響要比測量大力值或進行短時間測量要大得多。
小力值漂移效應 大力值漂移效應
大力值和小力值漂移效應對比。顯然，小力值漂移效應更明顯。因此，壓電力傳感器必須定期清零，或者采用高通濾波來抑制漂移。
壓電力傳感器應用
依據(jù)應用不同，壓電力傳感器可在無需施加或施加預應力下應用。施加預應力的傳感器校準后可安裝后立即使用。力墊圈在安裝后仍然需要施加預應力（通常使用螺釘或負載銷完成），因為這在不同材料表面之間產(chǎn)生了接觸，從而會使電荷產(chǎn)生轉(zhuǎn)移。這些附加組件會改變測量點的靈敏度，因此在施加預應力后需要進行調(diào)整或校準。
"對于現(xiàn)存系統(tǒng)翻新改造來說，結(jié)構(gòu)小巧的壓電力傳感器在空間尺寸上不存在任何問題，但需要進行校準。"
重要的是，確保傳感器在安裝環(huán)境下能提供正確的測量結(jié)果。壓電力傳感器非常適合循環(huán)加載應用。當兩個部件以限定的力連接時，如鉚接。在測量后，設(shè)備開始復位，傳感器返回零點，然后是下一個循環(huán)。因為測量時間很短，因此漂移對測量結(jié)果沒有影響。另外，利用壓電力傳感器的大測量范圍，通過二次測量，能夠獲得更精確的測量結(jié)果。例如對于500kN的力，在第一和第二步測量之間進行“重置”，分辨率可達100N。
總的來說，壓電力傳感器非常適用于傳感器安裝空間小，頻率響應高，高溫度，力不是特別大的應用場合，我們在選擇傳感器的時候，一定需要多方考慮，保證實驗結(jié)果的準確性！
