壓電陶瓷傳感器

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、使用壽命長等優點，在飛機、汽車、船舶、橋樑和建築的振動和衝擊測量中普遍使用，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動機內部燃燒壓力、真空度以及點火角不匹配引起的爆震測量方面發揮着重要作用。在軍事工業中，壓電陶瓷傳感器被用於測量槍膛在子彈射出的瞬間膛壓的變化和炮口衝擊波壓力，既可測量大壓力，也可測量微小壓力。

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、放鬆螺母、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：當發動機的氣缸發生振動時，通過振動體壓電陶瓷體感受振動，產生可變電荷，電荷與發動機氣缸發生的振動強度成正比，由此產生的電壓經屏蔽線進入發動機電控單元（ECU）,ECU檢測出5kHz左右的振動電壓，根據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，實現無爆震工作狀態，保證發動機最高效和最經濟地運轉。它是發動機電子控制系統中必不可少的重要部件。 ^[1] 

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。

1、 工作温度：-40℃~130℃；

2、 温度敏感性：-0.06mV/g℃；

3、 靈敏性（RMS）:在5kHz時為（26

8）mV/g；

4、 線性度：在3kHz~15kHz時為5kHz時的

15%；

5、 電容：0.9nF~1.5nF。

壓電陶瓷傳感器實質上是一個電荷發生器，它利用鋯鈦酸鉛固溶體的壓電效應，將機械能轉換成電能。當壓電傳感器中的壓電陶瓷承受被測機械應力的作用時，在它的兩個極面上出現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（衝擊）壓力，傳感器產生電荷（或電壓），測試系統對這一電荷（或電壓）進行放大，然後轉換成壓力、加速度、機械衝擊和振動等物理量。

壓電陶瓷壓力傳感器具有體積小、頻率響應快、無須外加電源、不發熱、無噪聲、靈敏度高等特點。其結構如圖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所示為新近研製的HTYY320B型壓電陶瓷衝擊波傳感器。

1、 產品主性能指標

（1） 外形尺寸（mm）：1.5*20；

（2） 工作温度：-20℃~+120℃；

（3） 響應時間：<0.1ms;

（4） 測量範圍：5bar~2kbar；

（5） 壓電陶瓷壓力傳感器的照片（圖1-4所示）。

2、 響應測試

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