压力传感器知识

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主

要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

　　我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定

方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回

到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓

的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

　　压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石

英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范

围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温

就是所谓的 “ 居里点 ” ）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比

较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度

和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人

造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

　　在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、

PZT 、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

　　压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过

外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是

这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

　　压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种

常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电

式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛

的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发

动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮

子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压

力，也可以用来测量微小的压力。

　　压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电

传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变

式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。