压电式传感器can原理与应用
压电式传感器工作原理
压电式传感器工作原理压电式传感器是一种将压电效应应用于传感器中的设备，它可以将压力、力、加速度、温度等物理量转换为电信号。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，这种效应被应用在压电式传感器中，使其能够实现物理量到电信号的转换。
本文将介绍压电式传感器的工作原理及其应用。
1. 压电效应压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷的现象。
这种效应最早是由法国物理学家居里夫妇在1880年发现的，他们发现某些晶体在受到机械应力时会产生电荷，这种现象被称为正压电效应。
此外，这些晶体在受到电场作用时也会发生形变，这种现象被称为逆压电效应。
这两种效应被应用在压电式传感器中，使其能够实现物理量到电信号的转换。
2. 压电式传感器的结构压电式传感器通常由压电陶瓷、电极、外壳和连接线组成。
压电陶瓷是压电式传感器的核心部件，它是由压电晶体制成的，具有压电效应。
电极用于接收压电陶瓷产生的电荷，并将其转换为电信号。
外壳用于保护压电陶瓷和电极，连接线用于将电信号传输到外部设备。
3. 压电式传感器的工作原理当压电式传感器受到压力、力、加速度或温度等物理量的作用时，压电陶瓷会产生电荷。
这些电荷会被电极接收，并转换为电信号。
这个电信号可以是电压、电流或电荷量，其大小与作用在传感器上的物理量成正比。
通过测量电信号的大小，就可以确定作用在传感器上的物理量的大小。
4. 压电式传感器的应用压电式传感器具有灵敏度高、频率响应快、稳定性好等优点，因此被广泛应用于工业自动化、汽车电子、医疗设备、航空航天等领域。
例如，在工业自动化中，压电式传感器可以用于测量压力、力等物理量，用于控制和监测生产过程。
在汽车电子中，压电式传感器可以用于测量发动机的振动和噪声，用于改善车辆的驾驶舒适性。
在医疗设备中，压电式传感器可以用于测量血压、心率等生理参数，用于诊断和治疗疾病。
在航空航天中，压电式传感器可以用于测量飞机的结构应力和振动，用于确保飞行安全。
压电式传感器的工作原理和应用
压电式传感器的工作原理和应用1. 压电式传感器的工作原理压电式传感器是一种基于压电效应的传感器，利用压电材料的压电效应将机械能转化为电能。
压电效应是指某些晶体在受到压力或振动时会产生电荷，并且这种电荷与压力或振动的大小成正比。
常用的压电材料包括石英、陶瓷等。
这些材料具有特殊的晶体结构，使得在压力或振动作用下，晶格发生畸变，从而使晶体表面产生电荷。
压电式传感器通常由压电材料、电极和支撑结构组成。
当外力施加在压电材料上时，压电材料发生形变，导致电荷的积累。
电极将电荷收集，并通过导线传输到测量电路中。
2. 压电式传感器的应用2.1 压力传感器压力传感器是压电式传感器的一种常见应用。
由于压电材料对压力具有敏感性，因此可以将压电材料作为传感器的敏感元件，用于测量各种介质的压力。
压力传感器广泛应用于工业控制、医疗设备、环境监测等领域。
例如，在工业控制中，压力传感器可用于监测液体或气体的压力，从而实现对设备状态的监测和控制。
在医疗设备中，压力传感器可用于血压监测、呼吸机控制等应用。
2.2 加速度传感器加速度传感器是另一种常见的压电式传感器应用。
加速度传感器用于测量物体在运动过程中的加速度。
当物体受到加速度时，压电材料会发生振动，并产生电荷信号，通过测量电荷信号的大小可得到物体的加速度。
加速度传感器在车辆安全、航空航天、工程结构监测等领域有着广泛的应用。
例如，汽车中的车辆稳定系统会使用加速度传感器监测车辆的倾斜角度和加速度，以实现提高行驶安全性能。
2.3 声音传感器压电式传感器还可以用作声音传感器。
当声波通过压电材料时，材料内的晶体结构会发生振动，从而产生电荷信号。
通过测量这种电荷信号的大小，可以实现对声音的测量和分析。
声音传感器在声学测量、语音识别、噪音控制等领域有广泛的应用。
例如，在噪音控制系统中，声音传感器可以用于捕捉环境噪音信号，并通过控制系统反馈，实现噪音的消除或降低。
3. 总结压电式传感器利用压电效应将机械能转化为电能，以实现对外界力的测量。
压电式传感器的原理及应用
压电式传感器的原理及应用压电式传感器是一种应用了压电效应的传感器，通过将压电材料置于受力区域，当被测物体发生变形或受力时，压电材料发生形变，从而产生电荷信号，利用该信号来测量被测量的变化情况。
一、压电效应的原理压电效应是一种物理现象，指在压力或拉伸下，某些晶体（通常是晶体的极性方向）会产生电位差。
这种效应被广泛应用于各种传感器中，特别是在加速度计、其它惯性传感器、压力传感器和液位传感器等方面。
二、压电式传感器的原理压电式传感器通常由压电晶体和测量电路组成。
当被测物体发生形变或受力时，压电材料中的极性方向的晶体产生压电效应，导致产生电荷的位移，并与电荷电容匹配的放大器或其他电路连接。
由于被测量的变化（压力，成形，位移等）与电荷位移之间存在特定关系，所以可以根据电荷电荷读数来确定被测物体发生变化的精确程度。
三、压电式传感器的应用由于压电效应具有高灵敏度、高频响应、耐腐蚀、抗干扰等优点，压电式传感器在各种领域得到广泛应用。
1.压力测量：压电式传感器常用于压力传感器的制造，用于测量汽车轮胎、气缸、油压和空气压力等。
2.振动测量：压电式传感器还可以用于测量机器和车辆的振动水平，以便定位有问题的部件。
3.流量测量：压电式传感器在流量测量中应用广泛，例如在医疗方面测量血流，工业方面可以应用于计算液体的流量。
4.力学测试：压电式传感器的高灵敏度和高频响应特性，在体育、自然科学和工程学中用于测量冲击、震动和变形等量。
5.地震观测：压电式传感器还可以用于地震观测，以便在监测过程中测量地震的振动率。
压电式传感器在上述应用领域中具有重要作用，并与其他类型的传感器如压阻式传感器、光电式传感器、磁性传感器等合作，实现了各种领域的数据测量工作，体现了良好的应用前景。
压电式压力传感器的工作原理特点和应用
压电式压力传感器的工作原理特点和应用压电式压力传感器是一种常见的压力测量设备，其工作原理基于压电效应。
压电效应是指一些晶体和陶瓷在受到力或压力作用时，会产生电荷或电势差的现象。
压电式压力传感器利用压电材料的这种特性，将受压作用转化为电信号，从而实现对压力的测量。
压电式压力传感器由压电元件、机械变换器和信号处理器组成。
压电元件通常采用压电晶体材料或压电陶瓷材料，这些材料在施加压力时会产生电荷或电势差。
当压力作用在压电元件上时，会导致晶体的晶格结构变形，从而导致晶体内电荷的重新分布。
这种电荷或电势差的变化被机械变换器转化为电压信号，并通过信号处理器进行放大和滤波，最终得到与压力相关的电信号。
1.灵敏度高：压电材料对压力的响应非常灵敏，能够快速、准确地测量压力。
2.适应性强：压电式压力传感器可适用于多种环境和工况，具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能。
3.结构简单：压电式压力传感器的结构相对简单，容易制造和维护。
4.抗干扰能力强：压电材料本身的性能使得压力传感器具有良好的抗干扰能力，可以准确测量出压力变化。
1.工业自动化：压电式压力传感器可用于测量工业设备中的液体和气体的压力，如液压系统、气动系统等。
2.汽车行业：压电式压力传感器可用于测量汽车发动机的油压、水压、气压等，以保证汽车的运行安全。
3.医疗设备：压电式压力传感器可用于医疗设备中的血压监测、人体肌肉力度测量等。
4.航空航天：压电式压力传感器可用于航空航天领域中的压力测量，如飞机的油压、气压等。
5.环境监测：压电式压力传感器可用于测量地下水位、土壤压力等环境参数，用于环境监测和地质勘探。
综上所述，压电式压力传感器通过利用压电效应实现对压力的测量，并具有灵敏度高、适应性强、结构简单和抗干扰能力强等特点，广泛应用于工业、汽车、医疗、航空航天等领域。
压电式传感器的应用和原理
压电式传感器的应用和原理应用领域压电式传感器是一种广泛应用于各个领域的传感器，主要包括以下几个方面的应用：1.工业自动化：在工业自动化领域中，压电式传感器常被用于测量力、压力、力矩等参数，可以实时监测设备的工作状态，保证生产过程的稳定性和安全性。
2.汽车工业：在汽车工业中，压电式传感器被广泛应用于发动机控制、刹车系统、悬挂系统等方面，可以实时监测汽车的各项参数，提高行驶安全性和驾驶舒适性。
3.医疗设备：在医疗设备中，压电式传感器可以用于测量心率、呼吸、体温等生命体征参数，用于疾病诊断、治疗和康复监测，为医疗工作者提供精准的数据支持。
4.空气质量监测：压电式传感器可以用于监测空气质量，检测并记录大气中的各种有害气体，为改善环境质量提供客观数据。
5.智能穿戴设备：压电式传感器适用于智能手环、智能手表等穿戴式设备中，可以实时监测心率、睡眠质量、运动步数等健康指标，为用户提供全面的健康数据。
工作原理压电式传感器的工作原理基于压电效应，压电效应是指某些特定的材料在受到机械应力作用时，会产生正比于应力大小的电荷。
压电式传感器通常由一个或多个压电晶体组成，压电晶体一般为陶瓷材料，具有压电效应。
当外部施加压力或力矩时，压电晶体发生微小的尺寸变化，导致晶格结构的变化，从而产生极性的电荷。
这种电荷的变化可以通过电路进行测量和记录。
压电式传感器通常由以下几个主要组件构成：1.压电晶体：负责将机械应力转换为电荷信号，并根据机械应力的大小和方向产生相应的电荷。
2.支撑结构：提供对压电晶体的支持和保护，使其能够承受外部应力并稳定工作。
3.信号调理电路：负责将压电传感器输出的微弱信号放大和处理，以便能够进行准确的测量和记录。
压电式传感器的工作原理可以用以下步骤总结：1.压电晶体受到外部力或压力作用，发生微小的尺寸变化。
2.压电晶体的晶格结构发生相应的变化，产生极性的电荷。
3.电荷被信号调理电路检测和放大。
4.信号被记录或用于控制其他设备。
传感器原理及应用压电式传感器.完美版PPT
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理
z
3、石英晶体压电效应作用力与电荷关系
若从晶体上沿y方向切下一块晶片，当沿 电轴x方向施加应力时，晶片将产生厚度变形，
O
y
并发生极化现象。在晶体线性弹性范围内，极
x
化强度与应力成正比。
在垂直于x轴晶面上产生的电荷量为
b
z
q1 1d1 1 Fx
x
y
d11—压电系数。下标的意义为产生电荷的 面的轴向及施加作用力的轴向；a、b、c—石
这些自由电荷与陶瓷片内的束缚 电荷符号相反而数量相等，屏蔽和抵消 了陶瓷片内极化强度对外界的作用。
电极
自由电荷
-----
＋＋＋＋＋
极化方向
- - - - - 束缚电荷
＋＋＋＋＋
陶瓷片内束缚电荷与电极上 吸附的自由电荷示意图
因此，无外力或外场 作用时，极化处理后的压 电陶瓷也表现不出来对外 界的电场或应力。
产生电荷q11和q12的符号，决定于受压力
c a
还是受拉力。
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 4、石英晶体压电效应特点
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理 5、压电陶瓷的压电效应
压电陶瓷是人工制造的多晶体 压电材料。
材料内部的晶粒有许多自发极 化的电畴，有一定的极化方向，从 而存在电场。
英晶片的长度、厚度和宽度。
c a
§6.1 压电效应
二、压电效应的基本原理
z
3、石英晶体压电效应作用力与电荷关系
若在同一切片上，沿机械轴y方向施加应 力，则仍在与x轴垂直的平面上产生电荷为
O
y
a q 12 d 12 b F y
压电式传感器原理与应用
压电式传感器原理与应用压电式传感器是一种利用压电效应进行测量的传感器。
压电效应是指在压力作用下，一些晶体会产生电荷分布的改变，从而产生电势差。
压电式传感器利用这种原理，将压力或力的变化转化为电信号输出，从而实现对压力或力的测量。
1.传感器中的压电材料受到外力作用产生变形，从而引起内部电荷分布的改变。
2.内部电荷分布的改变使得传感器的两个电极上产生电势差。
3.传感器将电势差转化为与外力大小成正比的电信号输出。
1.工业自动化：压电式传感器可以用于测量各种物体的压力，如流体管道中的压力、机械设备的挤压力等，从而实现对工业过程的自动控制。
2.汽车工业：压电式传感器可以用于测量汽车发动机的油压、气压等参数，从而实现对发动机的控制和保护。
3.医疗器械：压电式传感器可以用于测量人体体内的压力，如心脏的血压、呼吸的压力等，从而实现对人体生理状态的监测。
4.空气质量监测：压电式传感器可以用于测量空气中的压力、气体浓度等参数，从而实现对空气质量的监测。
5.智能手机：压电式传感器可以用于智能手机屏幕上的触摸功能，可以感知用户的触摸力度和位置，从而实现对屏幕的操作。
1.灵敏度高：压电材料对压力或力的变化非常敏感，可以实现对微小压力的测量。
2.响应速度快：压电材料的压电效应响应速度非常快，可以实现对快速变化的压力的测量。
3.耐用性好：由于压电材料的特殊性质，压电式传感器具有较好的耐用性，可以经受较大的压力和力的作用。
4.体积小：压电材料的尺寸可以做得非常小，因此压电式传感器可以设计成小型化的产品。
5.易于集成：压电材料和传感器电路可以进行集成设计，从而降低了传感器的制造成本，提高了其可靠性。
总之，压电式传感器是一种利用压电效应进行测量的传感器，在工业、汽车、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
它具有高灵敏度、快速响应、良好的耐用性、小体积和易集成等优点，可以满足各种应用场景的需求。
简述压电传感器的工作原理及应用
简述压电传感器的工作原理及应用压电传感器的工作原理压电传感器是一种基于压电效应的传感器，能够将压力或力的变化转化为电信号。
其主要工作原理是压电材料的压电效应。
压电材料是一种特殊的材料，当受到压力或力的作用时，会产生电荷的极化，从而在其表面上产生电势差。
压电传感器通常由压电材料和电极组成。
当外界施加压力或力时，压电材料会发生形变，从而使其内部产生电荷极化。
电极会将产生的电荷捕捉并转化为电信号输出。
压电传感器的输出电信号与施加的压力或力成正比，通过对电信号的测量和处理，可以获得压力或力的准确测量结果。
压电传感器的应用压电传感器由于其工作原理简单、反应速度快、体积小等特点，被广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 汽车工业压电传感器在汽车工业中有广泛的应用。
例如，压电传感器可用于检测汽车的轮胎压力，以确保轮胎正常运行。
通过安装在轮胎内部的压电传感器，车辆可以实时监测轮胎的压力状态，并及时给出警报或提醒驾驶员，以确保行驶安全。
2. 机械设备监测压电传感器可以用于监测机械设备的压力状态。
例如，压电传感器可以安装在液压系统中，检测压力变化，从而实时监控液压设备的工作状态。
这样可以提前发现设备故障或压力异常，并及时进行维修或调整，以保证设备的正常运行。
3. 医疗设备在医疗设备领域，压电传感器也有广泛的应用。
例如，在心脏监测设备中，压电传感器可以用于测量心脏收缩时产生的压力变化，从而监测心脏的功能状态。
此外，压电传感器还可以用于测量血压、呼吸等生理参数，为医疗诊断和治疗提供重要的数据支持。
4. 环境监测压电传感器可以应用于环境监测领域。
例如，可以使用压电传感器来测量空气中的压力变化，以监测天气变化或预测气候模式。
此外，压电传感器还可以用于测量土壤的压力情况，为农业生产提供重要的数据支持。
5. 建筑结构监测在建筑结构监测领域，压电传感器可以用于检测建筑物的压力变化，以监测建筑物的结构稳定性。
通过安装在建筑结构内部的压电传感器，可以实时监测建筑物的压力变化情况，并及时预警或修复，以保证建筑物的安全。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压电式传感器can原理与应用第五章压电式传感器压电式传感器是以某些物质的压电效应制作的一种传感器。
当材料表面受力作用变形时;其表面会有电荷产生从顺实现非电量测量。
第一节压电效应和压电材料表一、压电效应当某些物质沿其某一方向施加压力或拉力时、会产生变形，此时这种材料的两个表面将产生符号相反的电荷。
当去掉外力后，它又重新回到不带电状态，这种现象被称为压电效应。
有时人们又把这种机械能转变为电能的现象称为“顺压电效应”。
反之，在某些物质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后，该物质的变形随之消失，把这种电能转变为机械能的现象，称为“逆压电效应”。
具有压电效应的电介物质称为压电材料。
在自然界中，大多数晶体都具有压电效应，然而大多数晶体的压电效应应都十分微弱。
随着对压电材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等人造压电陶瓷是性能优良的压电材料。
二、压电材料简介压电材料可以分为两大类:压电晶体和压电陶瓷。
前者为晶体，后者为极化处理的多晶体。
它们都是具有较好特性:具有较大的压电常数，机械性能优良(强度高，固有振荡频率稳定)，时间稳定性好，温度稳定性也很好等，所以它们是较理想的压电材料。
1(压电晶体常见压电晶体有天然和人造石英晶体。
石英晶体，其化学成分为SiO(二氧化硅)，压电 212d,2.31，10C/N系数。
在几百度的温度范围内，其压电系数稳定不变，能产生十分112700~1000kg/cmf稳定的固有频率，能承受的压力，是理想的压电传感器的压电材料。
0除了天然和人造石英压电材料外，还有水溶性压电晶体。
它属于单斜晶系。
例如酒石酸CHNONaKCHO,4HO钾钠()、酒石酸乙烯二铵()等，还有正方晶系如磷酸二氢6426442钾(KHPO)、磷酸二氢氨(NHHPO)等等。
244242(压电陶瓷压电陶瓷是人造多晶系压电材料。
常用的压电陶瓷有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐系压电陶瓷。
,12它们的压电常数比石英晶体高，如钛酸钡(BaTiO)压电系数。
但d,190，10C/N333介电常数、机械性能不如石英好。
由于它们品种多，性能各异,，可根据它们各自的特点制作各种不同的压电传感器，这是一种很有发展前途的压电元件。
常用的压电材料的性能列于表5—1。
三、石英晶体的压电特性石英晶体是单晶体结构，其形状为六角形晶柱，两端呈六棱锥形状，如图5—1所示。
石英晶体各个方向的特性是不同的。
在三维直角坐标系中，z轴被称为晶体的光铀。
经过六棱柱棱线，垂直于光铀z的x轴称为电轴，把沿电抽x施加作用力后的压电效应称为纵向压电效应。
垂直于光轴z和电轴x的y轴称为机械轴。
把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应。
沿光轴z方向施加作用力则不产生压电效应。
若从石英晶体上沿y方向切下一块如图5—1(c)所示的晶体片，当在电轴x方向施加作用力时，在与电轴(x)垂直的平面上将产生电荷q，其大小为 x q,dF (5—1) x11x式中 d——x轴方向受力的压电系数; 11Fx——作用力。
若在同一切片上，沿机械轴y向施加作用力Fy，则仍在与x轴垂直的平面上将产生电荷，其大小为aa (5—2) q,dF,,dFy12y11ybb式中 d——y轴方向受力的压电系数，因石英轴对称，所以d =-d 12 1112 a,b——晶体片的长度和厚度。
电荷q和q的符号由受压力还是拉力决定。
由式(5—1)可知q的大小与晶体片几何尺xyx寸无关，而q则与晶体片几何尺寸有关。
y为了直观地了解石英晶体压电效应和各向异性的原因，将一个单元组体中构成石英晶体的硅离于和氧离子，在垂直于z轴的xy平面上的投影，等效为图5—2中的正六边形排列。
42—图中“”代表Si离子，“?”代表氧离子2O’。
,当石英晶体未受外力作用时，带有4个正电荷的硅离子和带有2×2个负电荷的氧离子正好分布在正六边形的顶角上，形成3个大小相等，互成120?夹角的电偶极矩P、P和12P，如图5—2(a)所示。
P,ql，q为电荷量，l为正、负电荷之间距离。
电偶极矩方向从负电3荷指向正电荷。
此时，正、负电荷中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即P+ P + P,0，123电荷平衡，所以晶体表面不产生电荷，即呈中性。
当石英晶体受到沿x轴方向的压力作用时，将产生压缩变形，正、负离子的相时位置随之变动(正、负电荷中心不再重合。
如图5—2(b)所示。
硅离子(1)被挤入氧离子(2)和(6)之间(氧离子(4)被挤入硅离子(3)和(5)之间，电偶极矩在x轴方向的分量(P+ P + P),0，123结果表面A上呈负电荷，B面呈正电荷;如果在x轴方向施加拉力，结果A面和B面上电荷符号与图5—2(b)所示相反。
这种沿x轴施加力，而在垂直于x轴晶面上产生电荷的现象，即为前面所说的“纵向压电效应”。
当石英晶体受到沿y轴方向的压力作用时，晶体如图5—2(c)所示变形。
电偶极矩在x轴方向的分量(P+ P + P),0，即硅离子(3)和氧离子(2)以及硅离子(5)和氧离子(6)都向内移123动同样数值;硅离子(1)和氧离子(4)向A，B面扩伸，所以C，D面上不带电荷，而A，B面分别呈现正、负电荷。
如果在y轴方向施加拉力，结果在A，B表面上产生如图5—2(c)所示相反电荷。
这种沿y轴施加力，而在垂直于y轴的晶面上产生电荷的现象被称为“横向压电效应”。
当石英晶体在z轴方向受力作用时，由于硅离子和氧离于是对称平移，正、负电荷中心始终保持重合，电偶极矩在x，y方向的分量为零。
所以表面无电荷出现，因而沿光轴(z)方向施加力，石英晶体不产生压电效应。
图5—3表示晶体切片在x轴和y轴方向受拉力和压力的具体情况。
图5—3(a)是在x轴力向受压力，图(b)是在x轴方向受拉力、图(c)是在y轴方向受压力，图(d)是在y轴方向受拉力。
如果在片状压电材料的两个电极面上加以交流电压，那么石英晶体片将产生机械振动，即晶体片在电极方向有伸长和缩短的现象。
这种电致伸缩现象即为前述的逆压电效应。
四、压电陶瓷的压电现象压电陶瓷是人造多晶体，它的压电机理与石英晶体并不相同。
压电陶瓷材料内的晶粒有许多自发极化的电畴。
在极化处理以前，各晶粒内电畴任意方向排列，自发极化的作用相互抵消，陶瓷内极化强度为零，如图5—4(a)所示。
在陶瓷上施加外电场时，电畴自发极化方向转到与外加电场方向一致，如图5—4(b)所示。
既然已极化，此时压电陶瓷具有一定极化强度。
当外电场撤销后，各电畴的自发极化在一定程度上按原外加电场方向取向，陶瓷极化强度并不立即恢复到零，如图5—4(c)所示，此时存在剩余极化强度。
同时陶瓷片极化的两端出现束缚电荷，一端为正，另一端为负，如图5—5所示。
由于束缚电荷的作用、在陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自外界的自由电荷，这时束缚电荷与自由电荷数值相等，极性相反，因此陶瓷片对外不呈现极性。
图5—5 束缚电荷和自由电荷排列的示意图如果在压电陶瓷片上加—个与极化方向平行的外力，陶瓷片产生压缩变形，片内的束缚电荷之间距离变小，电踌发生偏转，极化强度变小，因此，吸附在其表面的自由电荷，有一部分被释放而呈现放电现象。
当撤销压力时，陶瓷片恢复原状，极化强度增大，因此又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。
这种因受力而产生的机械效应转变为电效应，将机械能转变为电能，就是压电陶瓷的正压电效应。
放电电荷的多少与外力成正比例关系。
即q,dF 33式中d——压电陶瓷的压电系数; 33F——作用力。
第二节压电传感器等效电路和测量电路一、压电晶片的连接方式压电传感器的基本原理是压电材料的压电效应。
因此可以用它来测量力和与力有关的参数，如压力、位移、加速度等。
由于外力作用而使压电材料上产生电荷，该电荷只有在无泄漏的情况下才会长期保存，因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗，而实际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充，可以供给测量电路一定的电流，故压电传感器只宜作动态测量。
制作压电传感器时，可采用两片或两片以上具有相同性能的压电晶片粘贴在一起使用。
由于压电晶片有电荷极性。
因此接法有并联和串联两种，如图5—6所示。
,,并联连接式压电传感器的输出电容和极板上的电荷q分别为单块晶体片的2倍，而C,输出电压与单片上的电压相等。
即 U,,,q,2q ，， C,2CU,U,串联时，输出总电荷等于单片上的电荷，输出电压为单片电压的2倍，总电容应为q1片的。
即 2C,,,，， q,qC,U,2U2由此可见，并联接法虽然输出电荷大，但由于本身电容亦大，故时间常数大，只适宜测量变化慢的信号，并以电荷作为输出的情况。
串联接法输出电压高，本身电容小，适宜于以电压输出的信号和测量电路输入阻抗很高的情况。
在制作和使用压电传感器时，要使压电晶片有一定的预应力。
这是因为压电晶片在加工时即使磨得很光滑、也难保证接触面的绝对平坦，如果没有足够的压力，就不能保证全面的均匀接触，因此，事先要结晶片一定的预应力，但该预应力不能太大，否则将影响压电传感器的灵敏度。
压电传感器的灵敏度在出厂时已作了标定，但随着使用时间的增加会有些变化，其主要原因是性能发生了变化。
实验表明，压电陶瓷的压电常数随着使用时间的增加而减小。
因此，为了保证传感器的测量精度，最好每隔半年进行一次灵敏度校正。
石英晶体的长期稳定性很好。
灵敏度不变，故无需校正。
二、压电传感器的等效电路当压电晶体片受力时，在晶体片的两表面上聚集等量的正、负电荷，晶体片的两表面相当于一个电容的两个极板，两极板间的物质等效于一种介质，因此压电片相当于一只平行板介质电容器，参见图5—7。
其电容量为A, C,edA式中——极板面积;一压电片厚度; d——压电材料的介电常数 ,qCU,所以，可以把压电传感器等效为一个电压源和一只电容串联的电路，如eCe图5—8(a)所示。
由图可知，只有在外电路负载无穷大，且内部无漏电时，受力产生的电压RC才能长期保持不变;如果负载不是无穷大，则电路就要以时间常数按指数规律放电。
Ue压电式传感器也可以等效为一个电荷源与一个电容并联电路，此时，该电路被视为一个电荷发生器如图5—8()所示。
b压电传感器在实际使用时、总是要与测量仪器或测量电路相连接，因此还必须考虑连CRC接电缆的等效电容，放大器的输入电阻和输入电容，这样压电式传感器在测量系eiiCR统中的等效电路就应如图5—9所示。
图中，分别为传感器的电容和漏电阻。
ed三、压电传感器的测量电赂R为了保证压电传感器的测量误差小到一定程度，则要求负载电阻要大到一定数值，L才能使晶体片上的漏电流相应变小，因此在压电传感器输出端要接入一个输入阻抗很高的前置放大器，然后再接入一般的放大器。
其目的:一是放大传感器输出的微弱信号，二是将它的高阻抗输出变换成低阻抗输出。