陶瓷傳感器概述

陶瓷有絕緣性、磁性、介電性、導電性（半導電性）等多種電磁性能。

陶瓷傳感器材料與金屬傳感器材料相比，其主要特點是彈性性能高、滯后小，在小位移時其耐疲勞性、長期穩(wěn)定性及耐腐蝕性均較好。陶瓷在破碎以前，其應力一應變關系始終保持線性，最適于制作高溫工作下的彈性元件。同時，陶瓷材料價格低廉，因此，在傳感器材料中陶瓷材料受到高度重視。

陶瓷傳感器材料可分為兩類：檢測能量的物理傳感器材料和識別化學物質(zhì)及其含量的化學傳感器材料。前者敏感光、熱、壓力和聲等能量，可構成熱、位置、速度、紅外等傳感器；后者接受化學物質(zhì)而產(chǎn)生能量變化，可構成氣敏等傳感器。傳感器用陶瓷材料的種類較多，但大都是氧化物陶瓷。

陶瓷傳感器是選用陶瓷材料的傳感器。具有下述性質(zhì)：

通過控制它的成分和燒結條件等手段，陶瓷的微觀結構比較容易調(diào)節(jié)。微觀結構對陶瓷的所有特性都有重大影響，包括它們的電學、磁性、光學、熱學和機械性能。

由于陶瓷材料的耐高溫和抗惡劣環(huán)境影響能力很強，所以常常將它們用于高溫環(huán)境下的處理過程。

陶瓷主要是由價格便宜的材料制備而成的，這就是說用它生產(chǎn)的傳感器價格也將比較低廉。

陶瓷的結構特性是和下列因素密切相關的：晶粒（塊體），分隔相鄰晶粒的表面（晶粒間界），分隔晶粒表面和空間的界面，以及結構中的孔隙。由于這些各不相同的特性，既可利用陶瓷塊體，也可利用陶瓷表面的性質(zhì)來制造傳感器。

已用于傳感器制備的陶瓷材料有以下幾類：

1）基于利用其晶粒物理特性的材料；

2）基于利用其晶粒間界性質(zhì)的材料；

3）基于利用其表面特性的陶瓷材料。

作為敏感材料的陶瓷與瓷器、玻璃、磚瓦水泥等傳統(tǒng)陶瓷不同，它是一類由高純度原料微粒摻合并經(jīng)精密燒結而成，對外界條件變化特別敏感的材料。陶瓷敏感材料又稱做電子陶瓷，不僅具有對磁性、溫度、壓力和光強變化敏感的特性，還具有經(jīng)濟、耐腐蝕、硬度高、易成型以及高溫性能穩(wěn)定等優(yōu)點，電子陶瓷包括壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、半導體陶瓷等。

陶瓷傳感器壓電陶瓷

壓電材料有單晶和多晶兩種，前者以石英晶體為代表，其特點是溫度穩(wěn)定性和老化性能好，且Q值極高，后者以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷為代表，其特點是容易制作，性能可調(diào)，便于批量生產(chǎn)。壓電陶瓷是多晶體。

壓電陶瓷材料已廣泛用于力敏、聲敏、熱敏、光敏、濕敏和氣敏等傳感器。

陶瓷傳感器熱釋電陶瓷

一些陶瓷材料在紅外線照射下具有明顯的熱釋電效應。用這類材料可以制成紅外線敏感器件。熱釋電陶瓷紅外線敏感器件的特點有：①非接觸檢測、靈敏度高、檢測溫度范圍寬（一80～1500℃）；②能在常溫下工作；③響應快。

熱釋電材料種類繁多，但當今實用化的材料還僅是

壓電陶瓷傳感器的主要工作原理是正壓電效應，由于經(jīng)過外力作用后，產(chǎn)生的電荷只能在回路具有無限大的輸入阻抗時才能保存，而實際上不會有這種情況存在，所以壓電陶瓷傳感器只能用于測量、感知動態(tài)或準靜態(tài)的應力。主要用于加速度、壓力和振動等各種物理量及其變化的測量。壓電陶瓷傳感器已成為各種控制系統(tǒng)和檢測儀表的關鍵部件而得到廣泛應用。

壓電陶瓷加速度傳感器是一種常用的加速度計，它具有體積小、結構簡單、重量輕、使用壽命長等優(yōu)點，在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中普遍使用，特別是航空和宇航領域，壓電陶瓷加速度傳感器更具有其獨特的地位。

壓電陶瓷傳感器在汽車發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力、真空度以及點火角不匹配引起的爆震測量方面發(fā)揮著重要作用。在軍事工業(yè)中，壓電陶瓷傳感器被用于測量槍膛在子彈射出的瞬間膛壓的變化和炮口沖擊波壓力，既可測量大壓力，也可測量微小壓力。

壓電陶瓷傳感器結構及工作原理

壓電陶瓷爆震傳感器結構如圖1-1所示，它由振動體、絕緣墊圈、電極片、壓電陶瓷、壓塊、配重塊、放松螺母、絕緣套等組成，它是利用壓電陶瓷體的壓電效應而工作的。其工作理是：當發(fā)動機的氣缸發(fā)生振動時，通過振動體壓電陶瓷體感受振動，產(chǎn)生可變電荷，電荷與發(fā)動機氣缸發(fā)生的振動強度成正比，由此產(chǎn)生的電壓經(jīng)屏蔽線進入發(fā)動機電控單元（ECU）,ECU檢測出5kHz左右的振動電壓，根據(jù)電壓的大小判斷爆震強度，及時給出反饋信號修正點火提前角，消除爆震，使發(fā)動機在接近爆震、熱效率最高、染料消耗量少的點火時刻工作，實現(xiàn)無爆震工作狀態(tài)，保證發(fā)動機最高效和最經(jīng)濟地運轉。它是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中必不可少的重要部件。

其中，1為振動體；2為絕緣墊圈；3為電極片；4為壓電陶瓷體；5為壓塊；6為配重塊；7為防松螺母；8為絕緣套。

壓電陶瓷傳感器電性能

1、 工作溫度：-40℃~130℃；

2、 溫度敏感性：-0.06mV/g℃；

3、 靈敏性（RMS）:在5kHz時為（26

4、 線性度：在3kHz~15kHz時為5kHz時的

5、 電容：0.9nF~1.5nF。