壓電式傳感器(傳感器原理與應(yīng)用)

1、 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章第第5 5章壓電式傳感器章壓電式傳感器 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章某些物質(zhì)沿某一方向受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，某些物質(zhì)沿某一方向受到外力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí)其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此時(shí)在這種材料的兩個(gè)表同時(shí)其內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此時(shí)在這種材料的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又重新恢面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。當(dāng)作。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能用力方向改變時(shí)，電荷極性也隨之改變。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能

2、的現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象稱為“正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)”或或“順壓電效順壓電效應(yīng)應(yīng)”。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章反之，當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些材反之，當(dāng)在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些材料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電料在某一方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)場(chǎng)撤去時(shí)，

3、這些變形或應(yīng)力也隨之消失。這種電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為化為機(jī)械能的現(xiàn)象稱為“逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)”或或“電致伸縮電致伸縮效應(yīng)效應(yīng)”。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 常見(jiàn)的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶常見(jiàn)的壓電材料可分為兩類，即壓電單晶體和多晶體壓電陶瓷。體壓電陶瓷。 壓電單晶體有石英壓電單晶體有石英( (包括天然石英和人造石英包括天然石英和人造石英) )、水、水溶性壓電晶體溶性壓電晶體( (包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒包括酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸錘等石酸二鉀、硫酸錘等) )；多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電；多晶體壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸

4、鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等。鎂酸鉛壓電陶瓷等。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 如圖所示為天然石如圖所示為天然石英晶體，其結(jié)構(gòu)形英晶體，其結(jié)構(gòu)形狀為一個(gè)六角形晶狀為一個(gè)六角形晶柱，兩端為一對(duì)稱柱，兩端為一對(duì)稱棱錐。棱錐。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章在晶體學(xué)中，可以把將其用三根互相垂直的軸表示，在晶體學(xué)中，可以把將其用三根互相垂直的軸表示，其中，縱軸其中，縱軸Z Z稱為光軸稱為光軸，通過(guò)六棱線而垂直于光鈾的，通過(guò)六棱線而垂直于光鈾的X X鈾稱為電軸鈾稱為電軸，與，與X-XX-X軸和軸和Z-ZZ-

5、Z軸垂直的軸垂直的Y-YY-Y軸軸 ( (垂直于垂直于六棱柱體的棱面六棱柱體的棱面) )稱為稱為機(jī)械軸機(jī)械軸。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章如果從石英晶體中切下一個(gè)平行六面體并使其晶面分如果從石英晶體中切下一個(gè)平行六面體并使其晶面分別平行于別平行于Z-ZZ-Z、Y-YY-Y、X-XX-X軸線。晶片在正常情況下呈軸線。晶片在正常情況下呈現(xiàn)電性。通常把沿電軸現(xiàn)電性。通常把沿電軸(X(X軸軸) )方向的作用力產(chǎn)生的壓電方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)”，把沿機(jī)械軸，把沿機(jī)械軸(Y(Y軸軸) )方向的方向的作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為作用力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)稱為

6、“橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)”，沿光，沿光軸軸(Z(Z軸軸) )方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿相對(duì)兩棱加方向的作用力不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。沿相對(duì)兩棱加力時(shí)，則產(chǎn)生力時(shí)，則產(chǎn)生切向效應(yīng)切向效應(yīng)。壓電式傳感器主要是利用。壓電式傳感器主要是利用縱縱向壓電效應(yīng)向壓電效應(yīng)。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章石英晶體石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)決定的。具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)決定的。圖圖- -是一個(gè)單元組體中構(gòu)成石英晶體的硅離子和氧是一個(gè)單元組體中構(gòu)成石英晶體的硅離子和氧離子，在垂直于離子，在垂直于z z軸的軸的xyxy平面上的投影，等

7、效為一個(gè)正平面上的投影，等效為一個(gè)正六邊形排列。六邊形排列。 圖中圖中“”代表硅離子代表硅離子SiSi4+4+， “ “”代代表氧離子表氧離子OO2-2-。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章當(dāng)石英晶體未受外力作用時(shí)，正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上，形成三個(gè)互成120夾角的電偶極矩1、2、3。 如圖5-5（a）所示。 因?yàn)? qL（q為電荷量，L為正負(fù)電荷之間的距離），此時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩的矢量和等于零，即 1+2+30所以晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器

8、原理與應(yīng)用第五章第五章在y、z方向上的分量為: (1+2+3)y = 0 (1+2+3)z= 0當(dāng)晶體受到沿x方向的壓力（x 0 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章當(dāng)晶體受到沿x方向的拉力（x 0）作用時(shí)，其變化情況如圖5-5（c）所示。電偶極矩1增大， 2、 3減小，此時(shí)它們?cè)趚、y、z三個(gè)方向上的分量為 (1 +2 +3) x0 (1+ 2+ 3)y =0 (1 +2 +3)z =0在x軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在y、z方向依然不出現(xiàn)電荷。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章可見(jiàn)，當(dāng)晶

9、體受到沿x(電軸)方向的力x 作用時(shí)，它在x方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，而y、z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。晶體在y軸方向受力y作用下的情況與x 相似。當(dāng)y 0時(shí)，晶體的形變與圖5-5（b）相似；當(dāng)y 0時(shí)，則與圖5-5（c）相似。由此可見(jiàn)，晶體在y（即機(jī)械軸）方向的力 y作用下，在x方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在y、z方向同樣不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章晶體在z軸方向受力z的作用時(shí)，因?yàn)榫w沿x方向和沿y方向所產(chǎn)生的正應(yīng)變完全相同，所以，正、負(fù)電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，在沿z(即光軸)方向的力z 作用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)

10、用第五章第五章若從晶體上切下一塊如圖5-6（a）所示的晶片，當(dāng)沿電軸x方向施加應(yīng)力x時(shí)，晶片將產(chǎn)生厚度變形，并發(fā)生極化現(xiàn)象。在晶體線性彈性范圍內(nèi)，極化強(qiáng)度11與應(yīng)力x 成正比。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章bcFddPxx111111bcqPx11xxFdq11 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章反之，若沿反之，若沿x方向?qū)┘与妶?chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為方向?qū)┘与妶?chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為Ex 。根據(jù)逆壓電效應(yīng)，晶體在根據(jù)逆壓電效應(yīng)，晶體在x軸方向?qū)a(chǎn)生伸縮，即：軸方向?qū)a(chǎn)生伸縮，即：a=d11U x (5-4) xxxxxCFdCqU11 也可用相對(duì)應(yīng)變表示為：也可用相

11、對(duì)應(yīng)變表示為：xxEdaUdaa1111 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章若在同一切片上，沿機(jī)械軸y方向施加應(yīng)力y，則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qy，其大小為 yyFabdFacbcdq121212根據(jù)石英晶體軸對(duì)稱條件：d11 = -d12，則：yFabdq1112 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章反之，若沿反之，若沿y方向?qū)┘与妶?chǎng)，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，晶方向?qū)┘与妶?chǎng)，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，晶片在片在y軸方向?qū)a(chǎn)生伸縮變形，即軸方向?qū)a(chǎn)生伸縮變形，即xUabdb11 xyxxCFabdCqU1112 或用相對(duì)應(yīng)變表示：或用相對(duì)應(yīng)變表示：xEdbb11 傳感器原理

12、與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章圖圖5-7 5-7 石英晶體受力方向與電荷極性關(guān)系石英晶體受力方向與電荷極性關(guān)系 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 當(dāng)晶片受到當(dāng)晶片受到x方向的壓力作用時(shí)，方向的壓力作用時(shí)，qx只與作用力只與作用力x成正成正比，而與晶片的幾何尺寸無(wú)關(guān)；比，而與晶片的幾何尺寸無(wú)關(guān)； 沿機(jī)械軸沿機(jī)械軸y方向向晶片施加壓力時(shí)，產(chǎn)生的電荷是與幾方向向晶片施加壓力時(shí)，產(chǎn)生的電荷是與幾何尺寸有關(guān)的；何尺寸有關(guān)的； 石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的；石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應(yīng)的； 晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此方向上一定晶體在哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則在此

13、方向上一定存在逆壓電效應(yīng)；存在逆壓電效應(yīng)； 無(wú)論是正或逆壓電效應(yīng)，其作用力（或應(yīng)變）與電荷無(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）之間皆呈線性關(guān)系。（或電場(chǎng)強(qiáng)度）之間皆呈線性關(guān)系。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部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)。向，從而存在電場(chǎng)。 在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，電疇在晶在無(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，體中雜亂分布，它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消，

14、壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈壓電陶瓷內(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)。中性，不具有壓電性質(zhì)。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章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)，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。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，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)，即所

15、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)去掉后，電疇的極化方向基本變化，即剩余當(dāng)外電場(chǎng)去掉后，電疇的極化方向基本變化，即剩余極化強(qiáng)度很大，這時(shí)的材料才具有壓電特性。極化強(qiáng)度很大，這時(shí)的材料才具有壓電特性。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章圖圖5-8 5-8 壓電陶瓷的極化壓電陶瓷的極化 (a) (a) 未極化未極化; (b) ; (b) 電極化電極化 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章陶瓷片內(nèi)的極化強(qiáng)度總是以電偶極矩的形式表現(xiàn)出來(lái)，陶瓷片內(nèi)的極化強(qiáng)度總是以電偶極矩的形式表現(xiàn)出來(lái)，即在陶瓷的一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出現(xiàn)負(fù)束縛即在陶瓷的一端出現(xiàn)正束縛電荷，另一端出

16、現(xiàn)負(fù)束縛電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸電荷。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來(lái)自外界附了一層來(lái)自外界的自由電荷。這些自由的自由電荷。這些自由電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷與陶瓷片內(nèi)的束縛電荷符號(hào)相反而數(shù)量相電荷符號(hào)相反而數(shù)量相等，它屏蔽和抵消了陶等，它屏蔽和抵消了陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對(duì)外界瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對(duì)外界的作用。的作用。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章如果在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行的壓力如果在陶瓷片上加一個(gè)與極化方向平行的壓力F，陶瓷，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變。片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離片將產(chǎn)生壓縮形變。片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間的距離變小，極化強(qiáng)度也

17、變小。釋放部分吸附在電極上的自由變小，極化強(qiáng)度也變小。釋放部分吸附在電極上的自由電荷，而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。電荷，而出現(xiàn)放電現(xiàn)象。當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片當(dāng)壓力撤消后，陶瓷片恢復(fù)原狀，極化強(qiáng)度也恢復(fù)原狀，極化強(qiáng)度也變大，因此電極上又吸變大，因此電極上又吸附一部分自由電荷而出附一部分自由電荷而出現(xiàn)充電現(xiàn)象?，F(xiàn)充電現(xiàn)象。 正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng) 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章若在片上加一個(gè)與極化方向相同的電場(chǎng)，電場(chǎng)的作用使若在片上加一個(gè)與極化方向相同的電場(chǎng)，電場(chǎng)的作用使極化強(qiáng)度增大。陶瓷片內(nèi)的正、負(fù)束縛電荷之間距離也極化強(qiáng)度增大。陶瓷片內(nèi)的正、負(fù)束縛

18、電荷之間距離也增大，即陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)形變。同理，如果增大，即陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)形變。同理，如果外加電場(chǎng)的方向與極化方外加電場(chǎng)的方向與極化方向相反，則陶瓷片沿極化向相反，則陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生縮短形變。這種方向產(chǎn)生縮短形變。這種由于電效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械由于電效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械效應(yīng)，或者由電能轉(zhuǎn)變?yōu)樾?yīng)，或者由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，就是壓電機(jī)械能的現(xiàn)象，就是壓電陶瓷的陶瓷的逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章對(duì)于壓電陶瓷，通常取它的極化方向?yàn)閦軸，垂直于z軸的平面上任何直線都可作為x或y軸，在是和石英晶體的

19、不同之處。當(dāng)壓電陶瓷在沿極化方向受力時(shí)，則在垂直于z軸的上、下兩表面上將會(huì)出現(xiàn)電荷，如圖5-12（a）所示，其電荷量q與作用力z成正比，即(5-12) 式中： d33 壓電陶瓷的壓電系數(shù)； 作用力。 zFdq33 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章壓電陶瓷在受到沿y方向的作用力y或沿x方向的作用力x時(shí)，在垂直于z軸的上、下平面上分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷，其電荷量q與作用力y、x也成正比，即xzxyzyAAFdAAFdq3132式中 A z極化面面積； Ax、A y受力面面積； d32、d31壓電陶瓷的橫向壓電系數(shù) 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章當(dāng)作用力z、y或x反向時(shí)，電荷的

20、極性也反向。壓電陶瓷在受到如圖5-12（c）所示的作用力x、y、z共同作用時(shí)，在垂直于z軸的上、下平面上分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章 壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，所以壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多，所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強(qiáng)度和特性與溫化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強(qiáng)度和特性與溫度有關(guān)，它的參數(shù)也隨時(shí)間變化，從而使其壓電特性度有關(guān)，它的參數(shù)也隨時(shí)間變化，從而使其壓電特性減弱。減弱。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章最早使用的

21、壓電陶瓷材料是鈦酸鋇（最早使用的壓電陶瓷材料是鈦酸鋇（BaTiOBaTiO3 3）。它）。它是由碳酸鋇和二氧化鈦按是由碳酸鋇和二氧化鈦按1111摩爾分子比例混合后燒摩爾分子比例混合后燒結(jié)而成的。它的壓電系數(shù)約為石英的結(jié)而成的。它的壓電系數(shù)約為石英的5050倍，倍， 但居里但居里點(diǎn)溫度只有點(diǎn)溫度只有115115，使用溫度不超過(guò)，使用溫度不超過(guò)7070，溫度穩(wěn)定，溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英。性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章壓電材料應(yīng)具備以下幾個(gè)主要特性：壓電材料應(yīng)具備以下幾個(gè)主要特性：轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大的壓電常數(shù)。轉(zhuǎn)換性能。要求具有較大的壓電常數(shù)。機(jī)械

22、性能。機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大。機(jī)械性能。機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大。電性能。高電阻率和大介電常數(shù)。電性能。高電阻率和大介電常數(shù)。環(huán)境適應(yīng)性。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高環(huán)境適應(yīng)性。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。的居里點(diǎn)，獲得較寬的工作溫度范圍。時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間變化。時(shí)間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時(shí)間變化。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章在幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)，其介電常數(shù)和壓電系在幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)，其介電常數(shù)和壓電系數(shù)幾乎不隨溫度而變化。但是當(dāng)溫度升高到數(shù)幾乎不隨溫度而變化。但是當(dāng)溫度升高到573時(shí)，時(shí)，石英晶體將完全喪去壓電特

23、性，這就是它的居里點(diǎn)。石英晶體將完全喪去壓電特性，這就是它的居里點(diǎn)。石英晶體的突出優(yōu)點(diǎn)是性能非常穩(wěn)定，它有很大的石英晶體的突出優(yōu)點(diǎn)是性能非常穩(wěn)定，它有很大的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性能。但石英材料價(jià)格昂貴，機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性能。但石英材料價(jià)格昂貴，且壓電系數(shù)比壓電陶瓷低得多。因此一般僅用于標(biāo)且壓電系數(shù)比壓電陶瓷低得多。因此一般僅用于標(biāo)準(zhǔn)儀器或要求較高的傳感器中。準(zhǔn)儀器或要求較高的傳感器中。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章石英晶體有天然和人工培養(yǎng)兩種類型。人工培養(yǎng)的石英晶體有天然和人工培養(yǎng)兩種類型。人工培養(yǎng)的石英晶體的物理和化學(xué)性質(zhì)幾乎與天然石英晶體沒(méi)石英晶體的物理和化學(xué)性質(zhì)幾乎與

24、天然石英晶體沒(méi)有區(qū)別，因此目前廣泛應(yīng)用成本較低的人造石英晶有區(qū)別，因此目前廣泛應(yīng)用成本較低的人造石英晶體。體。因?yàn)槭⑹且环N各向異性晶體，因此，按不同方向因?yàn)槭⑹且环N各向異性晶體，因此，按不同方向切割的晶片，其物理性質(zhì)（如彈性、壓電效應(yīng)、溫切割的晶片，其物理性質(zhì)（如彈性、壓電效應(yīng)、溫度特性等）相差很大。在設(shè)計(jì)石英傳感器時(shí)，應(yīng)根度特性等）相差很大。在設(shè)計(jì)石英傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同使用要求正確地選擇石英片的切型。據(jù)不同使用要求正確地選擇石英片的切型。 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用第五章第五章壓電陶瓷主要有以下幾種：壓電陶瓷主要有以下幾種：1. 鈦酸鋇壓電陶瓷鈦酸鋇壓電陶瓷鈦酸鋇（鈦酸鋇（BaTiO3）是由碳酸鋇（）是由碳酸鋇（BaCO3）和二氧化鈦）和二氧化鈦（TiO2）按）按1：1分子比例在高溫下合成的壓電陶瓷。分子比例在高溫下合成的壓電陶瓷。它具有很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)（約為石英晶它具有很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)（約為石英晶體的體的50倍）。不足之處是居里點(diǎn)溫度低（倍）。不足之處是居里點(diǎn)