《測(cè)量物體力量學(xué)》項(xiàng)目二測(cè)量物體力量學(xué)項(xiàng)目思維導(dǎo)圖測(cè)量物體力量學(xué)【知識(shí)目標(biāo)】

1．能掌握應(yīng)變式傳感器的分類與組成結(jié)構(gòu)；2.能知道電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)和貼片方法；3．能知道應(yīng)變片的電路轉(zhuǎn)換方法；4.能掌握壓電材料的類型；5.能掌握壓電元件常用結(jié)構(gòu)形式；6.能知道壓電傳感器測(cè)量電路?！炯寄苣繕?biāo)】1．會(huì)復(fù)述應(yīng)變式力傳感器的工作原理；2．會(huì)選擇電阻應(yīng)變式傳感器類型應(yīng)用場(chǎng)合；3．會(huì)復(fù)述掌握壓電傳感器的工作原理；項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)測(cè)量物體力量學(xué)4．會(huì)選擇壓電式傳感器應(yīng)用場(chǎng)合；5.會(huì)結(jié)合生活生產(chǎn)實(shí)際舉例說(shuō)明傳感器的應(yīng)用。【素養(yǎng)目標(biāo)】1．通過(guò)應(yīng)變傳感器的學(xué)習(xí)，要應(yīng)變新知識(shí)，傳承傳統(tǒng)文化，“博學(xué)之，審問(wèn)之，慎思之，明辨之，篤行之”，腳踏實(shí)地學(xué)習(xí)技能學(xué)問(wèn)；2．通過(guò)石英晶體壓電效應(yīng)特性的分析，培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，揭穿假象的面具，真正認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)、揭示事物變化規(guī)律，要變壓力為動(dòng)力。項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量任務(wù)描述

傳感器是信息獲取系統(tǒng)的源頭，在如今的測(cè)試系統(tǒng)中，沒(méi)有源頭獲得信息，后續(xù)的工作是無(wú)法進(jìn)行的，因此，傳感器無(wú)論在哪個(gè)技術(shù)領(lǐng)域都具有不可替代的重要性。然而，目前不論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，傳感器技術(shù)在某些領(lǐng)域仍然存在技術(shù)缺陷，滿足不了信息有效獲取的需要。比如，在高沖擊測(cè)試環(huán)境中，沒(méi)有一個(gè)傳感器可以高效無(wú)干擾的獲取加速度曲線，加速度傳感器的零漂問(wèn)題是還沒(méi)有攻克的技術(shù)難關(guān)。

由于在壓電傳感器測(cè)量技術(shù)的研究與應(yīng)用上與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，起步較晚，技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。因此我國(guó)壓電傳感器的研究與應(yīng)用明顯落后于世界先進(jìn)水平，自紀(jì)70年代以來(lái)，壓電傳感器的應(yīng)用主要是為了滿足航天技術(shù)發(fā)展的需要。改革開(kāi)放之后，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展階段，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用成為必然。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量任務(wù)描述

壓電傳感器近幾年發(fā)展迅速，尤其壓電薄膜敏感元件的出現(xiàn)，在某些領(lǐng)域如爆破、高沖擊、高重力值等環(huán)境下，很多以壓電晶體、壓電陶瓷為敏感元件的傳感器被以壓電薄膜為敏感元件的壓電傳感器取代，克服了存在零漂嚴(yán)重、傳感器易失效、頻響范圍小等問(wèn)題。

應(yīng)變式傳感器很多不能測(cè)量的力，尤其是在場(chǎng)地、范圍、靈敏等方面，壓電式傳感器能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，本節(jié)課任務(wù)就是學(xué)習(xí)壓電傳感器如何測(cè)量力？2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量

壓電式傳感器是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量電測(cè)的目的。

壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測(cè)量最終能變換為力的那些非電物理量，例如動(dòng)態(tài)力、動(dòng)態(tài)壓力、振動(dòng)加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量。

特點(diǎn)：體積小、質(zhì)量輕、頻響高、信噪比大等，由于它沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，因此結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性、穩(wěn)定性高。近年來(lái)，測(cè)量轉(zhuǎn)換電路與壓電元件已經(jīng)被固定在同一殼體內(nèi)，使壓電式傳感器使用更為方便。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器一、壓電傳感器工作原理

當(dāng)沿著一定方向施加力變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它表面會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變后，電荷的極性也隨之改變；這種現(xiàn)象稱壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。

壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)）：某些物質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向受到壓力或者拉力作用而發(fā)生變形，其兩個(gè)表面上會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)；當(dāng)受力方向變化時(shí)，電荷的極性也隨著變化。（機(jī)械能轉(zhuǎn)電能）2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

壓電傳感器就是以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電量的器件。典型的具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)有壓電晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料等。壓電晶體包括天然存在的石英晶體和人工制造的水溶性壓電晶體；壓電陶瓷是人工制造，高分子壓電材料是近年來(lái)發(fā)展的新型材料。1.石英晶體

石英晶體俗稱水晶，有天然和人工之分。石英晶體是一種性能良好的壓電晶體，它的突出優(yōu)點(diǎn)是性能非常穩(wěn)定，介電常數(shù)與壓電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性特別好，且居里點(diǎn)高，達(dá)到575℃（即到575℃時(shí)，石英晶體將完全喪失壓電性質(zhì)）。此外，它還具有很大的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性能，絕緣性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、線性范圍寬、遲滯小等優(yōu)點(diǎn)。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

但石英晶體的壓電常數(shù)?。╠11=2.3lx10-12C/N），靈敏度低，且價(jià)格較貴，所以只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器或高溫環(huán)境下工作的傳感器中作為壓電元件使用。石英晶體分為天然與人造晶體兩種。天然石英晶體性能優(yōu)于人造石英晶體，但天然石英晶體價(jià)格較貴。其外形如圖所示，呈六角棱柱體。

天然結(jié)構(gòu)石英晶體的理想外形是一個(gè)正六面體，在晶體學(xué)中它可用三根互相垂直的軸來(lái)表示，其中縱向軸Z－Z稱為光軸；經(jīng)過(guò)正六面體棱線，并垂直于光軸的X－X軸稱為電軸（electricalaxis）；與X－X軸和Z－Z軸同時(shí)垂直的Y－Y軸（垂直于正六面體的棱面）稱為機(jī)械軸，如圖所示。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

通常把沿電軸X－X方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械軸Y－Y方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為“橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸Z－Z方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

石英晶體主要用于精密測(cè)量。大多數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器中使用。石英晶體的結(jié)論：①無(wú)論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷（或電場(chǎng)強(qiáng)度）之間呈線性關(guān)系；②晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定存在逆壓電效應(yīng)；③石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

【透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)】對(duì)石英晶體壓電效應(yīng)特性的分析告訴我們：任何事物都具有現(xiàn)象和本質(zhì)兩重屬性，現(xiàn)象是本質(zhì)的外在表現(xiàn)，本質(zhì)是現(xiàn)象的內(nèi)在根據(jù)，現(xiàn)象離不開(kāi)本質(zhì)，本質(zhì)也離不開(kāi)現(xiàn)象，現(xiàn)象與本質(zhì)是對(duì)立統(tǒng)一的。人們認(rèn)識(shí)一個(gè)事物，首先接觸的是事物的現(xiàn)象，但事物的現(xiàn)象有真象和假象之分，本質(zhì)表現(xiàn)為真象的事物容易認(rèn)識(shí)，本質(zhì)表現(xiàn)為假象的事物就要小心了，所以我們要透過(guò)現(xiàn)象來(lái)看事物的本質(zhì)，尤其要注意揭穿假象的面具，以達(dá)到真正認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)、揭示事物變化規(guī)律的目的。其中也蘊(yùn)含著要變壓力為動(dòng)力，積極面對(duì)困難，還得有“道”（方向正確），主動(dòng)解決問(wèn)題，走向未來(lái)。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料2．壓電陶瓷

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料，例如：鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鈮酸鍶等，與石英晶體相比，壓電系數(shù)高于石英晶體，但介電常數(shù)、機(jī)械性能不如石英晶體，具有燒制方便、耐濕、耐高溫、易于成型等特點(diǎn)，制造成本很低。因此，在實(shí)際應(yīng)用中的壓電傳感器，大多采用壓電陶瓷材料。

壓電陶瓷的弱點(diǎn)是，居里點(diǎn)較石英晶體要低200—400℃，性能沒(méi)有石英晶體穩(wěn)定。但隨著材料科學(xué)的發(fā)展，壓電陶瓷的性能正在逐步提高。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料（1）常用的壓電陶瓷材料有以下幾種：1）鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷（PZT）。鋯鈦酸鉛壓電陶瓷是鈦酸鉛和鋯酸鉛材料組成的固熔體。它有較高的壓電常數(shù)（d11=（200～500）×10-12C/N）和居里點(diǎn)（300℃以上），工作溫度可達(dá)250℃，是目前經(jīng)常采用的一種壓電材料。在上述材料中摻入微量的鑭（La）、鈮（Nb）或銻（sb）等，可以得到不同性能的材料。PZT是工業(yè)中應(yīng)用較多的壓電材料。2）鈦酸鋇壓電陶瓷（BaTi03）。BaTi03由BaC03和Ti02兩者在高溫下合成的，具有較高的壓電常數(shù)（d11=190x10-12C/N）和相對(duì)介電常數(shù)，但居里點(diǎn)較低（約為120℃），機(jī)械強(qiáng)度也不如石英晶體，目前使用較少。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料3）鈮酸鹽系列壓電陶瓷。如鈮酸鉛具有很高的居里點(diǎn)和較低的介電常數(shù)。鈮酸鉀的居里點(diǎn)為435℃，常用于水聲傳感器。鈮酸鋰具有很高的居里點(diǎn)，可作為高溫壓電傳感器。其中以鈮酸鋰為典型代表，在光電、微聲和激光等器件方面都有重要應(yīng)用。不足之處是質(zhì)地脆、抗機(jī)械和熱沖擊性差。4）鈮鎂酸鉛壓電陶瓷（PMN）。其具有較高的壓電常數(shù)d11=（800～900）xl10-12C/N）和居里點(diǎn)（260℃），它能在壓力大至70MPa時(shí)正常工作，因此可作為高壓下的力傳感器。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料（2）壓電陶瓷的壓電效應(yīng)

壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，它有一定的極化方向，從而存在電場(chǎng)。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，電疇在晶體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質(zhì)，如圖（a）所示。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

在陶瓷上施加外電場(chǎng)時(shí)，電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，趨向于按外電場(chǎng)方向的排列，從

而使材料得到極化。外電場(chǎng)愈強(qiáng)，就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向。讓外電場(chǎng)強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度，即所有電疇極化方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一致時(shí)，當(dāng)外電場(chǎng)撤銷，各電疇的自發(fā)極化在一定程度上按原外加電場(chǎng)方向取向，陶瓷極化強(qiáng)度并不立即恢復(fù)到零，此時(shí)存在剩余極化強(qiáng)度。同時(shí)極化兩端出現(xiàn)束縛電荷，一端正，一端負(fù)，如圖2-32（c）所示。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

極化處理后陶瓷材料內(nèi)部存在有很強(qiáng)的剩余極化，當(dāng)陶瓷材料受到外力作用時(shí)，電疇

的界限發(fā)生移動(dòng)，電疇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而引起剩余極化強(qiáng)度的變化，因而在垂直于極化方向

的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。這種因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng)，將機(jī)械

能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)。

當(dāng)把電壓表接到陶瓷片的兩個(gè)電極上進(jìn)行測(cè)量時(shí)，卻無(wú)法測(cè)出陶瓷片內(nèi)部存在的極化強(qiáng)度。這是因?yàn)橛捎谑`電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來(lái)自外界的自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號(hào)相反而數(shù)量相等，它起著屏蔽和抵消陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對(duì)外界的作用。所以電壓表不能測(cè)出陶瓷片內(nèi)的極化程度，對(duì)外不呈現(xiàn)極性。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料3．有機(jī)壓電材料

有機(jī)壓電材料屬于新一代的壓電材料。主要有壓電半導(dǎo)體和高分子壓電材料。

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。它是一種柔軟壓電材料，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(zhǎng)尺度，價(jià)格便宜，頻率響應(yīng)范圍較寬，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80dB。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器二、壓電材料

高分子壓電材料的聲阻抗約為0.02MPa/s，與空氣的聲阻抗有較好的匹配，可以制成特大口徑的壁掛式低音揚(yáng)聲器。它的工作溫度一般低予100℃。溫度升高時(shí)，靈敏度將降低。而且它的機(jī)械強(qiáng)度不夠高，耐紫外線能力較差，不宜暴曬，以免老化。

如果將壓電陶瓷粉末加入到高分子壓電化合物中，制成高分子壓電陶瓷薄膜，這種復(fù)合材料保持了高分子壓電薄膜的柔韌性，又具有壓電陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)，是一種發(fā)展前途很大的材料。在選用壓電材料應(yīng)考慮其轉(zhuǎn)換特性、機(jī)械特性、電氣特性、溫度特性等幾方面的問(wèn)題，以便獲得最好的效果。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

1.壓電元件常用連接形式

壓電元件作為壓電式傳感器的敏感部件，單片壓電元件產(chǎn)生的電荷量很小，在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用兩片（或兩片以上）同規(guī)格的壓電元件粘結(jié)在一起，以提高壓電式傳感器的輸出靈敏度。

由于壓電元件所產(chǎn)生的電荷具有極性區(qū)分，相應(yīng)的連接方法有兩種，如圖

所示。從作用力的角度看，壓電元件是串接的，每片受到的作用力相同，產(chǎn)生的變形和電荷量大小也一致。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路圖（a）是將兩個(gè)壓電元件的負(fù)端粘結(jié)在一起，中間插入金屬電極作為壓電元件連接件的負(fù)極，將兩邊連接起來(lái)作為連接件的正極，這種連接方法稱為“并聯(lián)法”。與單片時(shí)相比，在外力作用下，正負(fù)電極上的電荷量增加了一倍，總電容量增加了一倍，其輸出電壓與單片時(shí)相同。并聯(lián)法輸出電荷大、本身電容大、時(shí)間常數(shù)大，適宜測(cè)量慢變信號(hào)且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。

圖（b）是將兩個(gè)壓電元件的不同極性粘結(jié)在一起，這種連接方法稱為“串聯(lián)法”。在外力作用下，兩壓電元件產(chǎn)生的電荷在中間粘結(jié)處正負(fù)電荷中和，上、下極板的電荷量Q與單片時(shí)相同，總電容量為單片時(shí)的一半，輸出電壓增大了一倍。串聯(lián)法輸出電壓大、本身電容小，適宜以電壓作輸出信號(hào)且測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路2．壓電式傳感器的等效電路

壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷，且電荷量相等，極性相反。這時(shí)它相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為Ca=εrε0A/δ

（2.7）

式中A——壓電元件電極面面積；δ——壓電元件厚度；εr——壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)：ε0——真空的介電常數(shù)。

因此可以把壓電式傳感器等效為一個(gè)電壓源，如圖（a）所示，也可以等效成一個(gè)與電容相并聯(lián)的電荷源，如圖（b）所示。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

傳感器內(nèi)部信號(hào)電荷無(wú)“漏損”，外電路負(fù)載無(wú)窮大時(shí)，壓電傳感器受力后產(chǎn)生的電壓或電荷才能長(zhǎng)期保存，否則電路將以某時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律放電。這對(duì)于靜態(tài)標(biāo)定以及低頻準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量極為不利，必然帶來(lái)誤差。事實(shí)上，傳感器內(nèi)部不可能沒(méi)有泄漏，外電路負(fù)載也不可能無(wú)窮大，只有外力以較高頻率不斷地作用，傳感器的電荷才能得以補(bǔ)充，因此，壓電晶體不適合于靜態(tài)測(cè)量。Ca=εrε0A/δ

（2.7）2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

3．壓電傳感器的測(cè)量電路

壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測(cè)量電路通常需要接入一個(gè)高輸入阻抗前置放大器。其作用為：一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。壓電傳感器的輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器，見(jiàn)圖。由于電壓前置放大器的輸出電壓與電纜電容有關(guān)，故目前多采用電荷放大器。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器三、壓電式傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)換電路

電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器。壓電元件可以等效為一個(gè)電容C和一個(gè)電荷源并聯(lián)的形式，而電荷放大器實(shí)際上是一個(gè)具有深度電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器。四、壓電式傳感器的應(yīng)用

壓電式傳感器可用于動(dòng)態(tài)力、壓力、速度、加速度、振動(dòng)等非電量的測(cè)量，可做成力感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器等。2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器1．壓電式傳感器測(cè)量力

壓電式測(cè)力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場(chǎng)合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測(cè)量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，可測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測(cè)力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上基本一樣。

圖所示為壓電式單向測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。傳感器用于機(jī)床動(dòng)態(tài)切削力的測(cè)量。絕緣套用來(lái)絕緣和定位?；鶅?nèi)外底面對(duì)其中心線的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴(yán)格的要求，否則會(huì)使橫向靈敏度增加或使片子因應(yīng)力集中而過(guò)早破碎。為提高絕緣阻抗，傳感器裝配前要經(jīng)過(guò)多次凈化（包括超聲波清洗），然后在超凈工作環(huán)境下進(jìn)行裝配，加蓋之后用電子束封焊。四、壓電式傳感器的應(yīng)用2.2壓電式傳感器測(cè)量力學(xué)量知識(shí)鏈接：選用傳感器

壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)類型很多，但它們的基本原理與結(jié)構(gòu)仍與壓電式加速度和力傳感器大同小異。突出的不同點(diǎn)是，它必須通過(guò)彈性膜、盒等，把壓力收集、轉(zhuǎn)換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態(tài)特性及其穩(wěn)定性，通常多采用石英晶體作為壓電元件。2．壓電式傳感器測(cè)量加速度

壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高、體積小、重量輕、測(cè)量頻率上限高、動(dòng)態(tài)范圍大。但它易受外界干擾，在測(cè)量前需進(jìn)行各種校驗(yàn)，如圖所示是一種壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。在兩塊表面鍍銀的壓電晶片（石英晶體或壓電陶瓷）間夾1片金屬薄片，并引出輸出信號(hào)的引線。在壓電晶片上放置1塊質(zhì)量塊，并用硬彈簧對(duì)壓電元件施加預(yù)壓縮載荷。靜態(tài)