电气式压力传感器压电式传感器是一种电量型传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力的作用下，电介质的表面会产生电荷，从而实现力—电荷的转换。常用来测量压力、应力、加速度等。1.工作原理为了使压电陶瓷具有压电效应，必须进行极化处理。极化处理：在一定温度下对压电陶瓷施加强电场，电畴的极化方向发生转动，趋向于外电场的方向，这个方向就是压电陶瓷的极化方向。（100~170℃，20~30KV/cm直流电场）压电陶瓷的极化过程和铁磁物质的磁化过程非常相似。经过极化处理后的压电陶瓷在外界电场去除后，其内部仍会存在着很强的剩余极化强度。当压电陶瓷受到外力作用时，电畴的界限发生移动，因此，剩余极化强度将发生变化，压电陶瓷将出现压电效应。当石英晶体切片受到沿x轴方向的压缩应力σx作用时，晶片将产生厚度变形，并产生极化现象。在晶体的线性弹性范围内，垂直于x轴表面上产生的极化强度Px与应力σx成正比，即：图5.4石英晶片上电荷极性与受力方向的关系负号表示沿y轴方向施加的压缩力产生的电荷与沿x轴方向施加的压缩力所产生的电荷极性相反。沿机械轴方向对晶片施加作用力时，产生的电荷量与晶片的几何尺寸有关。通过适当选择晶片的长度和厚度，可以增加产生的电荷量。当石英晶体受到z轴(光轴)方向应力时，无论是压缩应力，还是拉伸应力，都不会产生电荷。此外，压电晶体除了有纵向和横向压电效应外，在切向应力作用下也会产生电荷。压电陶瓷是一种常见的压电材料，在被极化后才具有压电效应，并具有非常高的压电常数。压电陶瓷的极化方向通常取z轴方向，当压电陶瓷受到z轴方向的力作用时，其极化面上出现正负电荷，其电荷量q与力F成正比，且满足：2.压电材料2.1压电晶体（2）水溶性压电晶体（1）钛酸钡压电陶瓷2.3压电半导体2.4高分子压电材料3.压电元件的常用结构形式两个压电片的负极共同连接在中间电极上，正极连在两边的电极上，称为并联方式。压电元件的串并联在压电式传感器中，其压电片上必须有一定的预应力。一方面可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，另一方面也可以保证压电材料的电压与作用力成线性关系。由于压电片在加工过程中很难保证两个压电片的接触面绝对平坦，如果不施加足够的压力，就不能保证均匀接触，因此接触电阻在初始阶段将不为常数，而是随压力不断变化的。但预应力不能太大，否则会影响其灵敏度。4.压电式传感器的等效电路图5.7压电式传感器完整的等效电路5.压电式传感器的测量电路压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是放大压电式传感器输出的微弱信号；二是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低阻抗输出。根据压电式传感器的工作原理及其两种等效电路，它的输出可以是电压信号也可以是电荷信号。因此，对应的前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（即压电式传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷（即压电式传感器的输出电荷）成正比。压电式传感器的前置放大器有两个作用：一是放大压电式传感器输出的微弱信号；二是把压电式传感器的高输出阻抗变换为低阻抗输出。根据压电式传感器的工作原理及其两种等效电路，它的输出可以是电压信号也可以是电荷信号。因此，对应的前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（即压电式传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷（即压电式传感器的输出电荷）成正比。压电传感器等效电路电压放大器电路电荷放大器6.压电式传感器的应用6.15100系列压电式力传感器6.2电荷型石英压力传感器6.3压电式加速度传感器（2）6100系列压电加速度计