壓電陶瓷傳感器

壓電陶瓷傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

壓電陶瓷爆震傳感器結(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)。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。

壓電陶瓷傳感器基本原理

壓電陶瓷傳感器實質(zhì)上是一個電荷發(fā)生器，它利用鋯鈦酸鉛固溶體的壓電效應(yīng)，將機械能轉(zhuǎn)換成電能。當壓電傳感器中的壓電陶瓷承受被測機械應(yīng)力的作用時，在它的兩個極面上出現(xiàn)極性相反但電量相等的電荷，我們可以把壓電傳感器看成一個靜電發(fā)生器[圖1-2(a)]，也可以把它視為兩極板上聚集異性電荷，中間為絕緣體的電容器[圖1-2(b)]。因此，壓電傳感器可以等效地看做一個電壓源U和一個電容器C的串聯(lián)電路[圖1-2(c)]。

壓電陶瓷壓力傳感器的工作原理：讓傳感器的工作端面感受（沖擊）壓力，傳感器產(chǎn)生電荷（或電壓），測試系統(tǒng)對這一電荷（或電壓）進行放大，然后轉(zhuǎn)換成壓力、加速度、機械沖擊和振動等物理量。

壓電陶瓷傳感器性能及特點

壓電陶瓷壓力傳感器具有體積小、頻率響應(yīng)快、無須外加電源、不發(fā)熱、無噪聲、靈敏度高等特點。其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

其中，1為閃電極芯；2為外殼；3為金膜；4為陶瓷體；5為絕緣層。

圖1-4所示為新近研制的HTYY320B型壓電陶瓷沖擊波傳感器。

1、 產(chǎn)品主性能指標

（1） 外形尺寸（mm）：1.5*20；

（2） 工作溫度：-20℃~ 120℃；

（3） 響應(yīng)時間：<0.1ms;

（4） 測量范圍：5bar~2kbar；

（5） 壓電陶瓷壓力傳感器的照片（圖1-4所示）。

2、 響應(yīng)測試

圖1-5為HTYY320B型（壓電陶瓷壓力）傳感器在5MPa時的響應(yīng)輸出曲線。

壓電陶瓷傳感器的主要工作原理是正壓電效應(yīng)，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(yīng)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(guān)鍵部件而得到廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)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(lǐng)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。