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。
由于外力作用使压电材料上产生电荷,该电荷只有在无泄露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做静态测量,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,故压电传感器只宜做动态测量。
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。由于压电唱片有电荷极性,因此接法有并联和串联两种,如图10-6所示。
并联连接式电传感器的输出电容C’和极板上的电荷q’分贝为单块晶体片的2倍，而输出电压与单片上的电压想的呢过。即
q‘=2q，C’=2C，U’=U
串联时，输出总电荷q’等于单片上的电荷，输出电压为单片电压的2倍，总电容应为单片的1/2。
由此可见,并联式接法虽然输出电荷大,但由于本身电容亦大,故时间常数大,只适宜测量慢变化信号,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,适宜于测量快变化信号,且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,事先要给晶片一定的预应力,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改变。实验表明,压电陶次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。
