壓電力傳感器，就是采用壓電原理制作而成的力傳感器，
壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。我們的石英表，集成電路內(nèi)部的石英晶振也都是采用這種原理制作而成。
壓電晶體
壓電式力傳感器中心有一個(gè)壓電晶體，例如石英。壓電材料在機(jī)械應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生電荷。原理很簡(jiǎn)單：產(chǎn)生的電荷與所施加的機(jī)械應(yīng)力成正比。電荷放大器可將電荷轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的0…10V輸出信號(hào)。這樣，輸出電壓與機(jī)械應(yīng)力基本上成正比。
左邊，我們可以看到無應(yīng)力的晶體。右邊，晶體受到機(jī)械應(yīng)力：電荷呈對(duì)稱中心分開，電荷可以在晶體的頂部和底部測(cè)量。
壓電力傳感器結(jié)構(gòu)
施加在晶體上的機(jī)械應(yīng)力與電荷的變化成正比。換句話說，壓力越大，電荷就越大。另外，這種傳感器輸出信號(hào)不取決于傳感器的大小，這是一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
從結(jié)構(gòu)上來說，通常，傳感器包含兩個(gè)晶體元件。電極位于這兩個(gè)晶體之間。這個(gè)電極獲取晶體內(nèi)向側(cè)面上的電荷。電極通過電纜連接到電荷放大器上。此外，晶體盤被置于金屬外殼中。這不僅保護(hù)晶體，并且提供與晶體的接觸點(diǎn)，因?yàn)槠湫枰ㄟ^屏蔽電纜連接到電荷放大器。
"在晶體和電極之間以及晶體和外殼之間良好的接觸是非常重要的。因此，材料必須具有高質(zhì)量、精確和均勻的表面。只有表面接觸良好，才能實(shí)現(xiàn)良好的電荷轉(zhuǎn)移。"
壓電傳感器結(jié)構(gòu)圖。石英晶體將應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電荷，產(chǎn)生的電荷與施加的應(yīng)力呈正比。
壓電力傳感器優(yōu)點(diǎn)
壓電力傳感器重要特性之一就是其可覆蓋非常大的測(cè)量范圍。換言之，同樣的傳感器可以測(cè)量非常小的和非常大的力。并且尺寸小巧，有時(shí)僅有幾毫米厚。另外是高剛性，載荷下的變形是可以忽略不計(jì)的。因此，傳感器對(duì)整體工裝結(jié)構(gòu)影響極小。
壓電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。壓電晶體可長(zhǎng)期工作溫度可達(dá)到400℃以上，瞬間（10個(gè)毫秒級(jí)）沖擊溫度可達(dá)4000K以上，可承受很高的表面壓力（》150N/mm2）、剛度很高、線性好、遲滯小、在很寬的溫度范圍內(nèi)靈敏度恒定、頻響范圍寬、可承受的載荷循環(huán)數(shù)，絕緣阻抗非常高。
壓電力傳感器缺點(diǎn)
但另外一個(gè)方面，壓電傳感器更容易產(chǎn)生漂移，因此測(cè)量所需的電荷差不能長(zhǎng)期地保持。假定漂移量為10n/min。一旦測(cè)量鏈斷開，這個(gè)漂移量在工作期間會(huì)降低很多。并且，不管測(cè)的力大小如何，它總是是相同的。這意味著，如果長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量低力值，漂移的影響要比測(cè)量大力值或進(jìn)行短時(shí)間測(cè)量要大得多。
小力值漂移效應(yīng) 大力值漂移效應(yīng)
大力值和小力值漂移效應(yīng)對(duì)比。顯然，小力值漂移效應(yīng)更明顯。因此，壓電力傳感器必須定期清零，或者采用高通濾波來抑制漂移。
壓電力傳感器應(yīng)用
依據(jù)應(yīng)用不同，壓電力傳感器可在無需施加或施加預(yù)應(yīng)力下應(yīng)用。施加預(yù)應(yīng)力的傳感器校準(zhǔn)后可安裝后立即使用。力墊圈在安裝后仍然需要施加預(yù)應(yīng)力（通常使用螺釘或負(fù)載銷完成），因?yàn)檫@在不同材料表面之間產(chǎn)生了接觸，從而會(huì)使電荷產(chǎn)生轉(zhuǎn)移。這些附加組件會(huì)改變測(cè)量點(diǎn)的靈敏度，因此在施加預(yù)應(yīng)力后需要進(jìn)行調(diào)整或校準(zhǔn)。
"對(duì)于現(xiàn)存系統(tǒng)翻新改造來說，結(jié)構(gòu)小巧的壓電力傳感器在空間尺寸上不存在任何問題，但需要進(jìn)行校準(zhǔn)。"
重要的是，確保傳感器在安裝環(huán)境下能提供正確的測(cè)量結(jié)果。壓電力傳感器非常適合循環(huán)加載應(yīng)用。當(dāng)兩個(gè)部件以限定的力連接時(shí)，如鉚接。在測(cè)量后，設(shè)備開始復(fù)位，傳感器返回零點(diǎn)，然后是下一個(gè)循環(huán)。因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間很短，因此漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響。另外，利用壓電力傳感器的大測(cè)量范圍，通過二次測(cè)量，能夠獲得更精確的測(cè)量結(jié)果。例如對(duì)于500kN的力，在第一和第二步測(cè)量之間進(jìn)行“重置”，分辨率可達(dá)100N。
總的來說，壓電力傳感器非常適用于傳感器安裝空間小，頻率響應(yīng)高，高溫度，力不是特別大的應(yīng)用場(chǎng)合，我們?cè)谶x擇傳感器的時(shí)候，一定需要多方考慮，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性！
