压电陶瓷传感器基本原理

压电陶瓷传感器实质上是一个电荷发生器，它利用锆钛酸铅固溶体的压电效应，将机械能转换成电能。当压电传感器中的压电陶瓷承受被测机械应力的作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷，我们可以把压电传感器看成一个静电发生器[图1-2(a)]，也可以把它视为两极板上聚集异性电荷，中间为绝缘体的电容器[图1-2(b)]。因此，压电传感器可以等效地看做一个电压源U和一个电容器C的串联电路[图1-2(c)]。

压电陶瓷压力传感器的工作原理：让传感器的工作端面感受（冲击）压力，传感器产生电荷（或电压），测试系统对这一电荷（或电压）进行放大，然后转换成压力、加速度、机械冲击和振动等物理量。

压电陶瓷传感器性能及特点

压电陶瓷压力传感器具有体积小、频率响应快、无须外加电源、不发热、无噪声、灵敏度高等特点。其结构如图1-3所示。

其中，1为闪电极芯；2为外壳；3为金膜；4为陶瓷体；5为绝缘层。

图1-4所示为新近研制的HTYY320B型压电陶瓷冲击波传感器。

1、 产品主性能指标

（1） 外形尺寸（mm）：1.5*20；

（2） 工作温度：-20℃~ 120℃；

（3） 响应时间：<0.1ms;

（4） 测量范围：5bar~2kbar；

（5） 压电陶瓷压力传感器的照片（图1-4所示）。

2、 响应测试

图1-5为HTYY320B型（压电陶瓷压力）传感器在5MPa时的响应输出曲线。

压电陶瓷传感器结构及工作原理

压电陶瓷爆震传感器结构如图1-1所示，它由振动体、绝缘垫圈、电极片、压电陶瓷、压块、配重块、放松螺母、绝缘套等组成，它是利用压电陶瓷体的压电效应而工作的。其工作理是：当发动机的气缸发生振动时，通过振动体压电陶瓷体感受振动，产生可变电荷，电荷与发动机气缸发生的振动强度成正比，由此产生的电压经屏蔽线进入发动机电控单元（ECU）,ECU检测出5kHz左右的振动电压，根据电压的大小判断爆震强度，及时给出反馈信号修正点火提前角，消除爆震，使发动机在接近爆震、热效率最高、染料消耗量少的点火时刻工作，实现无爆震工作状态，保证发动机最高效和最经济地运转。它是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件。

其中，1为振动体；2为绝缘垫圈；3为电极片；4为压电陶瓷体；5为压块；6为配重块；7为防松螺母；8为绝缘套。

压电陶瓷传感器电性能

1、 工作温度：-40℃~130℃；

2、 温度敏感性：-0.06mV/g℃；

3、 灵敏性（RMS）:在5kHz时为（26

4、 线性度：在3kHz~15kHz时为5kHz时的

5、 电容：0.9nF~1.5nF。

压电陶瓷传感器的主要工作原理是正压电效应，由于经过外力作用后，产生的电荷只能在回路具有无限大的输入阻抗时才能保存，而实际上不会有这种情况存在，所以压电陶瓷传感器只能用于测量、感知动态或准静态的应力。主要用于加速度、压力和振动等各种物理量及其变化的测量。压电陶瓷传感器已成为各种控制系统和检测仪表的关键部件而得到广泛应用。

压电陶瓷加速度传感器是一种常用的加速度计，它具有体积小、结构简单、重量轻、使用寿命长等优点，在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中普遍使用，特别是航空和宇航领域，压电陶瓷加速度传感器更具有其独特的地位。

压电陶瓷传感器在汽车发动机内部燃烧压力、真空度以及点火角不匹配引起的爆震测量方面发挥着重要作用。在军事工业中，压电陶瓷传感器被用于测量枪膛在子弹射出的瞬间膛压的变化和炮口冲击波压力，既可测量大压力，也可测量微小压力。