压电效应

许多晶体在受到机械载荷时产生电荷. 这就是人们所熟知的压电效应. 压电测量技术是在尺寸、温度范围和动态响应方面满足极端测量要求的理想工具.

压电效应是由Curie兄弟于1880年发现的. 前缀“piezo” 来自希腊语“piezein”, 意为压力. 两位物理学家发现当晶体受到机械载荷时, 一定晶体表面会产生电荷.  该电荷同作用在晶体上的力成比例. 用微微库伦表示(pC).

电荷产生
施加给晶体的力改变了它的晶格结构. 由于晶体具有压电效应, 所以该结构无对称中心. 因此人工培育石英(SiO2)是非常适合的. 变形产生正向硅离子和负向氧离子. 正向和负向电荷中心的移动会在晶体表面产生电荷.

方向
相对于作用力的晶体极轴方向决定了电荷量. 据此分为三种不同的压电效应:

• 纵向效应
• 剪切效应
• 横向效应

压电效应仅发生在非导体材料中. 除此之外传感器敏感元件的压电材料必须具有相当高的机械强度和刚度. 另外还要求适应宽温度范围和长寿命的稳定机械和电子性能. 此外, 这些材料还必须高灵敏、线性优异、迟滞微小(即加载与卸载曲线相同)和高绝缘阻尼. 奇石乐测量技术采用的主要材料为 石英, 类似石英的PiezoStar晶体和压电陶瓷.

信号调理仪
由于电荷在试验中很难获得, Walter P. Kistler先生在1950年发明的电荷放大器使压电测量技术取得实质性的突破, 实现了极端条件、温度范围和动态要求下的精确测量.

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