半導體壓電阻抗擴散壓力傳感器在薄片表面形成半導體變形壓力,薄片受外力(壓力)變形產生壓電阻抗效應,使阻抗變化轉化為電信號。
靜電電容壓力傳感器通過使玻璃的固定電極和硅的可移動電極相對而形成電容,并將可移動電極因外力(壓力)而變形所引起的靜電電容的變化轉換成電信號。
(E8Y的工作原理是靜電電容模式,其他型號采用半導體模式)。壓力傳感器是工業實踐中常用的一種傳感器,我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制成的,也稱壓電式傳感器。
我們知道晶體是各向異性的,非晶是各向同性的。有些晶體介質在一定方向上受到機械力變形時會產生極化效應。當機械力撤除后,會回到不帶電的狀態,即在壓力下,有些晶體可能會產生一種電效應,這種電效應稱為極化效應。根據這一效應,科學家們開發了壓力傳感器。
壓電傳感器中使用的主要壓電材料包括應時、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫。其中,應時(二氧化硅)是一種天然晶體,在這種晶體中發現了壓電效應。在一定的溫度范圍內,壓電性能一直存在,但當溫度超過這個范圍時,壓電性能完全消失(這個高溫就是所謂的居里點)。由于電場隨應力的變化而略有變化(也就是說壓電系數相對較低),應時逐漸被其他壓電晶體所取代。酒石酸鉀鈉具有很大的壓電敏感性和壓電系數,但只能在室溫和低濕度下應用。磷酸二氫胺是一種人造晶體,可以承受高溫和相對較高的濕度,所以
已被廣泛使用。
目前壓電效應也應用于多晶體,如壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、pzt、鈮酸鹽壓電陶瓷、鈮酸鉛鎂壓電陶瓷等。
壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理。壓電傳感器不能用于靜態測量,因為只有當回路具有無窮大的輸入阻抗時,外力作用后的電荷才得以保留。實際情況并非如此,因此決定了壓電傳感器只能測量動態應力。
壓電傳感器主要用于加速度、壓力和力的測量。壓電加速度計是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長的優點。壓電式加速度計已廣泛應用于飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑物的振動和沖擊測量,特別是在航空和航天領域。壓電傳感器也可以用來測量發動機的內燃壓力和真空度。它還可以用于軍事工業,例如測量槍支子彈在膛內發射瞬間的膛壓變化和槍口沖擊波壓力。它可以用來測量大壓力和小壓力。
壓電傳感器也廣泛用于生物醫學測量。例如,心室導管麥克風由壓電傳感器制成。因為測量動態壓力是如此普遍,壓電傳感器被廣泛使用。
除了壓電傳感器,還有利用壓阻效應制作的壓阻傳感器、利用應變效應的應變傳感器等。這些不同的壓力傳感器通過使用不同的效果和不同的材料,可以在不同的場合發揮其獨特的作用。