壓電力傳感器的設(shè)計與基于應(yīng)變的傳感器具有完全不同的特性。壓電力傳感器由單晶片組成，在受到壓力時產(chǎn)生電荷。一般來說，使用兩個這樣的晶片，中間插入一個電極。整個結(jié)構(gòu)被封閉在一個外殼中。電荷被電極和外殼吸收，并通過同軸電纜傳輸?shù)诫姾煞糯笃鳌?

圖中顯示了壓電力傳感器的典型結(jié)構(gòu)：

1. 外殼

2. 壓電晶體

3. 電極

壓電傳感器依賴于晶體和外殼之間的良好接觸。這一方面需要對晶體和與晶體接觸的部件表面進行精確加工，另一方面需要使用預(yù)應(yīng)力傳感器。實際上，至少10%的預(yù)應(yīng)力用于確?？煽拷佑|——較高的預(yù)應(yīng)力可提高計量性能。當(dāng)然，預(yù)應(yīng)力不得使預(yù)應(yīng)力元件或傳感器過載。

什么決定了壓電傳感器的輸出信號？

對壓電晶體施加力，產(chǎn)生電荷Q形式的輸出信號，用pC（10-12c）測量?？墒褂靡韵鹿接嬎汶姾桑?

Q = qxy*F

其中F是力，qxy是壓電常數(shù)。后者取決于所使用的晶體類型和所加載的晶體方向。最常用的材料是石英，靈敏度為4.3pc/N，溫度限制為200°C。HBM 使用磷酸鎵。其靈敏度約為石英的兩倍（約為8 pC/N）。其溫度限值為850°C，但是，由于熱應(yīng)力的限制，力傳感器的溫度極限為300°C。

壓電和應(yīng)變力傳感器有各自的優(yōu)點，如何進行選擇?

選擇壓電還是應(yīng)變力傳感器取決于應(yīng)用，在以下應(yīng)用中應(yīng)首先選擇壓電傳感器：傳感器安裝空間有限

初始負荷高的小力測量

測量范圍寬

非常高的溫度下測量

極端的過載穩(wěn)定性

高動態(tài)

基于應(yīng)變的傳感器在其他方面比壓電力傳感器具有優(yōu)勢：

它們能夠測量張力，更經(jīng)濟可靠

它們能提供更好的精度、無需靜態(tài)校準(zhǔn)

在參考校準(zhǔn)測量方面，只能使用應(yīng)變測量技術(shù)

我們建議，在任何情況下，首先要滿足測量任務(wù)的要求，其次選擇最經(jīng)濟有效的方式。當(dāng)決定使用壓電傳感器時，依然要根據(jù)應(yīng)用進行選擇。

壓電傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 傳感器安裝空間有限

壓電力傳感器結(jié)構(gòu)非常緊湊，例如CLP系列，高度僅3到5mm (依據(jù)量程)。因此，這種傳感器非常適合與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)集成。

2. 初始負荷高的小力測量

當(dāng)施加力時，壓電傳感器產(chǎn)生電荷。然而，傳感器受到超出實際測量的力，例如在安裝期間。所產(chǎn)生的電荷可能短路，將電荷放大器輸入端的信號設(shè)置為零。這樣就可以根據(jù)要測量的實際力來調(diào)節(jié)測量范圍。因此，即使初始負載與被測量的力相差很大，也能保證高測量分辨率。CMD600等高端電荷放大器可以實時連續(xù)地調(diào)節(jié)測量范圍，從而支持這些應(yīng)用。

3. 測量范圍寬

壓電傳感器在多階段中也具有優(yōu)勢。想象一個多階段的沖壓過程。首先，在實際壓制過程中施加高的力?？上鄳?yīng)調(diào)整壓電測量鏈。第二階段涉及力的跟蹤，即小力變化測量。受益于壓電傳感器的特殊功能，包括物理消除電荷放大器輸入端的信號。電荷放大器輸入可以再次設(shè)置為零，并調(diào)整測量范圍以確保高分辨率。

4. 極高溫

一些應(yīng)用需要在非常高的溫度下測量力。在這些應(yīng)用中，基于應(yīng)變的力傳感器達到了其物理極限。然而，CHW系列, 壓電力墊圈的工作溫度可高達300攝氏度。

5. 極高過載穩(wěn)定性

除了少數(shù)例外，所有壓電傳感器具有相同的靈敏度。這又意味著在給定力下具有20kN量程的力傳感器與700kN量程的傳感器的輸出信號相同。因此，在分辨率和精度方面，使用兩個傳感器中的哪一個是無關(guān)緊要的。測量鏈可以設(shè)置為最大力值，但能夠測量非常小的力。

6. 高動態(tài)

壓電傳感器具有非常小的位移并提供相應(yīng)的高剛度，這使它們成為用于動態(tài)應(yīng)用的理想選擇。然而，整個測量鏈對動態(tài)特性有影響。還需要考慮附件的剛度。壓電測量鏈通常非常適合于小力值的高度動態(tài)測量?；趹?yīng)變的力傳感器是大力值動態(tài)測量的第一選擇。