压电式力传感器刚度

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  应变式载荷传感器的灵敏度是由偏转结构的刚度决定的,由测量量程决定其大小。当受力产生弯曲或张力时,箔式应变计会产生相应的挠曲变形,其电阻也随之变化。例如,大部分应变式载荷传感器在达到满量程输出时,应变片至少需要0.001到0.003英寸(25.4μm-76.2μm)的偏转变形,这相当于100lb到10,000lb满量程输出时,各自只需0.03到6.7lbs/μin的刚度。

  石英(二氧化硅,SiO2)压电式力传感器的硬度比应变式载荷传感器高一个数量级,作用在石英晶体上的压力使晶体产生电荷输出,而箔式应变计则产生相应的偏转(应变),电荷输出的单位为皮库(pC)。用于制造各种尺寸压/拉力传感器的石英敏感元件的灵敏度通常为18pC/lb(4pC/N)。

  压电石英力传感器能响应作用在其身上的压力,产生微小的应变,并产生电荷输出。其刚度约为6-100lbs/μin。该压力使晶格极化,静止状态下晶格处于不对称排列,如图1所示,左边的分子处于静止状态,右边的分子由于力的作用产生电极化。图1所示在力的作用下,晶体产生了挠曲变形,但这是原子放大图,实际的应变约为百万分之一英寸(0.05μm)。

晶体分子模型

  晶体分子模型

  图左边所示为分子在静止状态,当施加力在上面后,晶格会极化。

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