【正文】 、鈮酸鹽系壓電陶瓷。 目前傳感器中使用的均是以 居里點為 573℃ 、晶體結(jié)構(gòu)為 六角晶系 的 α－ 石英。晶振ⅰ . 壓電常數(shù)小（壓電系數(shù) d11＝ 1012C／ N）， 其 時間和溫度穩(wěn)定性極好 ，常溫下幾乎不變，在 20~200℃ 內(nèi)其溫度變化率約為 －?10?6 /℃ ；ⅱ . 機械強度和品質(zhì)因數(shù)高，固有頻率高且十分穩(wěn)定，動態(tài)特性好；ⅲ . 居里點 573℃ ， 無熱釋電性 ，且絕緣性、重復(fù)性均好。 天然石英的上述性能尤佳，因此它們常用于精度和穩(wěn)定性要求高的場合和制作標(biāo)準(zhǔn)傳感器。例如酒石酸鉀鈉 （ NaKC4H4O6 石英晶體的主要性能特點：⑵ 壓電陶瓷 壓電陶瓷屬于 鐵電體物質(zhì) ，是人工制造的多晶壓電材料，它由無數(shù)細微的電疇組成。它們的 壓電常數(shù)比石英晶體高 ，如鈦酸鋇壓電系數(shù) d33＝ 1901012 C／ N， 但 介電常數(shù)、機械性能不如石英好 。 216。 用熱釋電系數(shù)來表示該效應(yīng)的強弱，它是指溫度每變化 1℃ 時，在單位質(zhì)量晶體表面上產(chǎn)生的電荷密度大小，單位為 ?C/（ m2℃）。但它的 居里點 較低（約 120℃ ），機械強度也較低，現(xiàn)已不常用。它有較高的壓電常數(shù) [d=（ 200~500） 1012C/N]和居里點（500 ℃ 左右），是 目前經(jīng)常采用的一種壓電材料 。目前還有一些鈮酸鹽具有很高的居里點，可以作為高溫壓電傳感器。v 這些材料的顯著特點是 即有壓電特性，又具有半導(dǎo)體特性 。② 高分子壓電材料 典型的高分子壓電材料有聚偏二氟乙烯（ PVF2或 PVDF）、 聚氟乙烯（ PVF）、 改性聚氯乙烯（ PVC） 等。有的材料可比壓電陶瓷高幾十倍。 高分子壓電材料是一種 柔軟 的壓電材料，可根據(jù)需要制成薄膜或電纜套管等形狀。它不易破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長的尺度，價格便宜；頻率響應(yīng)范圍較寬，可以從 109Hz，測量動態(tài)范圍可達 80dB。它的聲阻抗約為 ，與空氣的聲阻抗有較好的匹配，因而是很有希望的電聲材料。 高分子壓電材料的工作溫度一般低于 100℃ 。它的機械強度不夠高，耐紫外線能力較差，不宜暴曬，以免老化。i — 晶體的 極化方向 。j = 1， 2， 3， 4， 5， 6分別表示沿 x 軸、 y 軸、 z 軸方向的 單向應(yīng)力 和在垂直于 x 軸、 y 軸、 z 軸的平面 （即 yz 平面、 zx 平面、 xy 平面）內(nèi)作用的 剪切力 。圖中表示了它們的方向。當(dāng)電場方向指向晶軸的正向時為正，反之為負(fù)。共有 30個晶面，其中六個 m 面（或稱柱面），六個 R 面（或稱大棱面），六個 r 面（或稱小棱面），還有六個 s 面（棱界面）和六個 x 面（棱角面）。 石英晶體各個方向的特性是不同的 。石英晶體各個方向的特性是不同的，其中縱向軸 z稱為 光軸 ，經(jīng)過六面體棱線并垂直于光軸的 x稱為 電軸 ，與 x和 z軸同時垂直的軸 y稱為 機械軸 。通常把垂直于 x軸的表面稱為 x面 ，把垂直于 y軸的表面稱為 y面 。反之如果沿 x軸方向受到拉力作用時，情況恰好相反， x面的后表面將產(chǎn)生負(fù)電荷 ，前表面產(chǎn)生正電荷。如果在 x面得前后表面上鍍上銀電極，就能測出所產(chǎn)生電荷的大小。 圖 63晶體切片上電荷極性與受力方向的關(guān)系 ?(a) X軸方向受壓力；（ b） X軸方向受拉力；(c) Y軸方向受壓力； (d) Y軸方向受拉力 從上述分析可知，無論沿 x軸方向還是 y軸方向施力， 電荷只產(chǎn)生在 x面上 。 沿 x軸施加力，而在垂直于 x軸晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱為 “縱向壓電效應(yīng) ” 沿 y軸施加力，而在垂直于 x軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱為 “橫向壓電效應(yīng) ”。 ? 若在同一切片上，沿機械軸 y方向施加 壓力 Fy， 則仍在與 x軸垂直的 平面上產(chǎn)生電荷 qy， 其大小為 () 式中： d12—— y軸方向受力的壓電系數(shù)，根據(jù)石英晶體的對稱性， 有 d12=d11； a、 b—— 晶體切片的長度和厚度。 電荷 qx和 qy的符號由受壓力還是受拉力決定。壓電陶瓷材料內(nèi)的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇。此時壓電陶瓷呈電中性，不具有壓電性質(zhì)。 在陶瓷上施加外電場（ 20～ 30kV／ cm）時，電疇自發(fā)極化方向轉(zhuǎn)到與外加電場方向一致，從而使材料得到極化，此時壓電陶瓷具有一定極化強度。同時陶瓷片極化的 兩端出現(xiàn)束縛電荷 ，一端為正，另一端為負(fù)。 252。因此吸附在其表面的自由電荷，有一部分被釋放而呈現(xiàn) 放電 現(xiàn)象。 當(dāng)撤銷壓力時，陶瓷片恢復(fù)原狀，片內(nèi)的束縛電荷之間距離變大，極化強度增大，因此又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn) 充電 現(xiàn)象。 放電電荷的多少與外力成正比例關(guān)系。 主要特性： （ 1） 機 電轉(zhuǎn)換性能：應(yīng)具有較大的壓電常數(shù) d。 （ 3） 電性能：希望具有高的電阻率和大的介電常數(shù)，以期減弱外部分布電容的影響和減小電荷泄漏并獲得良好的低頻特性。 （ 5） 時間穩(wěn)定性：壓電特性不隨時間蛻變。 1880年法國物理學(xué)家 。其電容量為 S—— 極板面積（壓電片面積）； h —— 壓電片厚度；?r—— 壓電材料的相對介電常數(shù)；?0 —— 真空介電常數(shù)。 v 電荷等效電路： 電荷源與一個電容 Ca并聯(lián)構(gòu)成，此電路輸出為 此時，該電路被視為一個電荷發(fā)生器。 壓電式傳感器的靈敏度有兩種表示方式：252。 電荷靈敏度 ： Kq = Q／ F， 它表示單位力所產(chǎn)生的電荷。所以壓電傳感器 不宜作靜態(tài)測量 ，只能在其上加交變力，電荷才能不斷得到補充，可以供給測量電路一定的電流，故壓電傳感器 只宜作動態(tài)測量 。圖中是幾種結(jié)構(gòu)原理圖。由于壓電晶片有電荷極性，因此接法有并聯(lián)和串聯(lián)兩種。即 串聯(lián)時，輸出總電荷 Q 等于單片上的電荷，輸出電壓為單片電壓的 2倍，總電容應(yīng)為單片的 1/2。 為了保證壓電傳感器的測量誤差小到一