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压电力传感器的工作原理

2021-06-29浏览次数:269
有不同类型的力传感器,最普遍的是基于应变计的,还有一种是基于压电效应的。那么,压电力传感器的工作原理是什么呢?下面我们就来介绍。 

压电力传感器内部

压电力传感器的工作原理:


要了解压电力传感器的工作原理,我们首先必须了解它的内部。在这里,在传感器的核心,我们总会找到压电晶体,例如石英。压电材料是在机械应力下产生电荷的材料。原理很简单:获得的电荷与施加的机械应力成正比。机械应力与引入的力线性相关。电荷放大器可以将此电荷转换为易于测量的 0…10 V 信号。最后,输出电压与力成正比。

压电力传感器的设计:


施加在晶体上的力与电荷变化之间的关系是成正比的。换句话说,力越大,应力越大,电荷越大。这一原理在压电力测量技术中得到了利用。但是,要使晶体成为换能器,还需要更多。大多数压电传感器包含两个晶体元件。一个电极位于这些晶体之间,并在晶体的向内两侧拾取电荷。一根电缆将电极连接到电荷放大器。此外,水晶盘装在金属外壳中。这不仅保护了晶体,还提供了与它们的第二个接触点,因为它通过电缆屏蔽连接到电荷放大器。

压电力传感器的特性:


压电力传感器具有覆盖大测量范围的特殊性能。换句话说,相同的传感器可用于测量非常小的和非常大的力。因此,压电力传感器非常灵活(在使用中)——并且可以提供只有几毫米的微型尺寸。由于它们的高刚性,它们在负载下的变形可以忽略不计。因此,传感器对其集成结构的影响极小。

另一方面,压电换能器容易漂移,因此,无法无限期地维持测量所需的电荷差异。可以假设将发生最大 10 N/min 的漂移。一旦测量链被打破,这个数字在服务期间会变得更低。但是,无论测量的力如何,它都保持不变。这意味着,如果长时间测量小力,则漂移的影响比测量大力或测量时间短时的影响更大。