什么是壓電壓力傳感器？
壓電壓力傳感器還可以根據(jù)是否測(cè)量晶體的靜電荷，其電阻率或諧振頻率靜電荷來分類。根據(jù)所使用的現(xiàn)象，晶體傳感器可以稱為靜電，壓阻或諧振。
當(dāng)對(duì)石英晶體施加壓力，力或加速度時(shí)，會(huì)在晶體上產(chǎn)生與所施加的力成比例的電荷（圖3-8）。這些晶體傳感器與諸如應(yīng)變儀之類的靜力裝置之間的根本區(qū)別在于，晶體產(chǎn)生的電信號(hào)會(huì)迅速衰減。此特性使這些傳感器不適用于靜態(tài)力或壓力的測(cè)量，但對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)量很有用。
簡(jiǎn)短圖片說明
當(dāng)對(duì)晶體施加壓力時(shí)，它會(huì)發(fā)生彈性變形。這種變形導(dǎo)致電荷流動(dòng)（持續(xù)幾秒鐘）。可以測(cè)量得到的電信號(hào)，作為施加到晶體的壓力的指示。這些傳感器無法檢測(cè)靜壓力，但用于測(cè)量爆炸，爆炸，壓力脈動(dòng)（在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)中）或其他沖擊或振動(dòng)導(dǎo)致的快速變化的壓力。這些堅(jiān)固的傳感器中的一些可以檢測(cè)到具有“上升時(shí)間”的壓力事件，其上升時(shí)間約為百萬分之一秒，本章稍后將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。
這種動(dòng)態(tài)壓力傳感器的輸出通常以“相對(duì)”壓力單位（例如psir而不是psig）表示，從而使測(cè)量結(jié)果與晶體的初始狀態(tài)有關(guān)。這種傳感器的范圍是5,000或10,000psir。壓電傳感器的理想功能包括堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，小尺寸，高速和自生信號(hào)。另一方面，它們對(duì)溫度變化敏感，需要特殊的電纜連接和放大。
它們?cè)诎惭b過程中也需要特別注意：其中一個(gè)考慮因素是它們的安裝扭矩應(yīng)與校準(zhǔn)時(shí)的扭矩相同（通常為30in.-lbs）?？赡芡ㄟ^降低響應(yīng)速度而損害其性能的另一個(gè)因素是空腔下方的空空腔深度。空腔越大，響應(yīng)越慢。因此，建議將腔體的深度，并且不要深于探頭的直徑（通常約為0.25英寸）。
靜電壓力傳感器體積小且堅(jiān)固。施加在晶體上的力可以沿縱向或橫向施加，在任何一種情況下，都會(huì)產(chǎn)生與施加的力成比例的高電壓輸出。當(dāng)無法為傳感器供電或無法為傳感器供電時(shí)，晶體的自生電壓信號(hào)非常有用。這些壓電傳感器還提供高速響應(yīng)（峰值為100kHz時(shí)為30kHz），這使其非常適合測(cè)量瞬態(tài)現(xiàn)象。圖3-9顯示了一個(gè)加速度補(bǔ)償壓力傳感器。在這種設(shè)計(jì)中，通過添加地震質(zhì)量和單獨(dú)的反極性“補(bǔ)償晶體”來提供補(bǔ)償。這些組件按比例縮放以精確消除質(zhì)量塊（端部件和膜片）的慣性作用，這些質(zhì)量塊在加速時(shí)會(huì)作用在壓力感應(yīng)晶體疊層上。
由于石英是一種常見的自然存在的礦物，因此這些壓電換能器通常不昂貴。電氣石是天然存在的石英的半貴重形式，具有亞微秒的響應(yīng)能力，可用于測(cè)量非常快速的瞬態(tài)。通過正確選擇晶體，設(shè)計(jì)人員可以確保良好的線性度和降低的溫度敏感性。
壓電傳感器應(yīng)用
簡(jiǎn)短描述盡管壓電傳感器無法測(cè)量靜壓，但它們被廣泛用于評(píng)估與爆炸，脈動(dòng)或動(dòng)態(tài)壓力條件相關(guān)的動(dòng)壓現(xiàn)象，這些動(dòng)力發(fā)生在電動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮機(jī)和其他承受快速變化的加壓設(shè)備中。他們可以檢測(cè)到0.1至10,000psig（0.7KPa至70MPa）之間的壓力。典型精度為1％滿量程，每1000℃溫度影響額外增加1％滿量程。
壓阻式壓力傳感器基于硅在應(yīng)力下的電阻率依賴性而工作。類似于應(yīng)變儀，壓阻傳感器由一個(gè)膜片組成，其上結(jié)合了四對(duì)硅電阻器。與應(yīng)變計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)不同，此處的隔膜本身由硅制成，電阻器在制造過程中擴(kuò)散到硅中。通過將隔膜粘合到未處理的硅晶圓上來完成隔膜。
如果要使用傳感器測(cè)量絕對(duì)壓力，則在真空下執(zhí)行粘合過程。如果要參考?jí)毫鞲衅?/span>
