梅特勒托利多氧傳感器壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是指：當(dāng)晶體受到某固定方

向外力的作用時(shí),內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象,同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力撤去后，晶體又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力作用方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應(yīng)制成的。逆壓電效應(yīng)是指對(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象，又稱(chēng)電致伸縮效應(yīng)。用逆壓電效應(yīng)制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長(zhǎng)度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型 5種基本形式（見(jiàn)圖）。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這 5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應(yīng)。例如石英晶體就沒(méi)有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長(zhǎng)度變形壓電效應(yīng)。

梅特勒托利多氧傳感器壓電材料

它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機(jī)壓電材料。壓電式傳感器中用得多的是屬于壓電多晶的各類(lèi)壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。壓電陶瓷有屬于二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬于三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點(diǎn)是具有熱釋電性，會(huì)對(duì)力學(xué)量測(cè)量造成干擾。有機(jī)壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十余種高分子材料。有機(jī)壓電材料可大量生產(chǎn)和制成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有*的*性,是很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦碗娐暡牧稀?0年代以來(lái)發(fā)現(xiàn)了同時(shí)具有半導(dǎo)體特性和壓電特性的晶體，如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以制成集敏感元件和電子線(xiàn)路于一體的新型壓電傳感器，很有發(fā)展前途。

壓電式傳感器大致可以分為4種，即：壓電式測(cè)力傳感器，壓電式壓力傳感器，壓電式加速度傳感器及高分子材料壓力傳感器。

正壓電效應(yīng)

某些物質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ浼恿Χ蛊渥冃螘r(shí)，在一定表面上將產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新回到正常的不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng) 。

逆壓電效應(yīng)

如果在這些物質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，這些物質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機(jī) 械變形或機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)外電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失，這種現(xiàn) 象稱(chēng)之為逆壓電效應(yīng)，或稱(chēng)之為電致伸縮效應(yīng)。

壓電材料

明顯呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的敏感功能材料叫壓電材料 。

壓電單晶體，如石英、酒石酸鉀鈉等；

多晶壓電陶瓷， 如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮鎂酸鉛等，又稱(chēng)為壓電陶瓷。此外(PVDF) 作為一種新型的高分子物性型傳感材料得到廣泛的應(yīng)用。

主要參數(shù)

（1）壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù), 它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。

（2）壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。

（3）對(duì)于一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數(shù)有關(guān); 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

（4）在壓電效應(yīng)中,機(jī)械耦合系數(shù)等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。

（5）壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏, 從而改善壓電傳感器的低頻特性。

（6）壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)溫度。

壓電轉(zhuǎn)換

壓電關(guān)系表達(dá)式：Q=d*F，其中d：壓電常數(shù)

更一般表達(dá)式：電荷密度q　 ，（用單位面積受力表示）

其中：i=1,2,3表示晶體極化方向，指的是與產(chǎn)生電荷的面垂直的方向；j=1,2,3,4,5,6表示受力方向，1~3表示x,y.z向受力，4~6表示剪切力方向

如q1表示法向矢量為x的兩個(gè)面產(chǎn)生的電荷

受x向（拉）力作用后在z方向產(chǎn)生電荷的表達(dá)式：

受z向力作用后在z方向產(chǎn)生電荷的表達(dá)式：

各表達(dá)式見(jiàn)圖片：

結(jié)構(gòu)

石英(SiO2)晶體結(jié)晶形狀為六角形晶柱。兩端為一對(duì)稱(chēng)的棱錐,六棱柱是它的基本組織,縱軸 z-z 稱(chēng)作光軸,通過(guò)六角棱線(xiàn)而垂直于光軸的軸線(xiàn) x-x 稱(chēng)作電軸，垂直于棱面的軸線(xiàn) y-y 稱(chēng)作機(jī)械軸。如果從晶體中切下一個(gè)平行六面體，并使其晶面分別平行于 z-z 、y-y 、x-x軸線(xiàn)，這個(gè)晶片在正常狀態(tài)下不呈現(xiàn)電性。當(dāng)施加外力時(shí)，將沿 x-x 方向形成電場(chǎng)，其電荷分布在垂直于 x-x 軸的平面上