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,內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象,同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；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，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)是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現(xiàn)象，又稱電致伸縮效應(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)。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應(yīng)，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應(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)點是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點是具有熱釋電性，會對力學(xué)量測量造成干擾。有機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年代以來發(fā)現(xiàn)了同時具有半導(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，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，這些物質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機 械變形或機械應(yīng)力，當(dāng)外電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也隨之消失，這種現(xiàn) 象稱之為逆壓電效應(yīng)，或稱之為電致伸縮效應(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態(tài)特性。

（3）對于一定形狀、 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（如機械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(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）壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。

壓電轉(zhuǎn)換

壓電關(guān)系表達式：Q=d*F，其中d：壓電常數(shù)

更一般表達式：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)生電荷的表達式：

受z向力作用后在z方向產(chǎn)生電荷的表達式：

各表達式見圖片：

結(jié)構(gòu)

石英(SiO2)晶體結(jié)晶形狀為六角形晶柱。兩端為一對稱的棱錐,六棱柱是它的基本組織,縱軸 z-z 稱作光軸,通過六角棱線而垂直于光軸的軸線 x-x 稱作電軸，垂直于棱面的軸線 y-y 稱作機械軸。如果從晶體中切下一個平行六面體，并使其晶面分別平行于 z-z 、y-y 、x-x軸線，這個晶片在正常狀態(tài)下不呈現(xiàn)電性。當(dāng)施加外力時，將沿 x-x 方向形成電場，其電荷分布在垂直于 x-x 軸的平面上