压电测量技术的优点

基于压电原理的测量技术显著提高了公司生产链的工艺可靠性，同时持续提高了生产率——开辟了在连接、组装和测试中实现零缺陷生产的道路。

压电效应

压电测量技术通过测量力、压力、加速度和扭矩来优化和控制生产过程。当机械负载施加到传感器技术中使用的石英晶体上时，晶体会产生与作用在其上的力成正比的电荷信号。好处是什么?由于晶体的高刚性，测量挠度很低——通常在几微米的范围内。当测试过程是快速和动态的，石英的高固有频率被证明是一个优势。根据极性晶体轴相对于作用力的位置，可以区分各种压电效应:

剪切效应:与纵向效应类似，剪切效应所涉及的压电灵敏度与压电元件的尺寸和形状无关。剪切敏感压电元件用于测量剪切力、扭矩和应变的传感器，也用于加速度计。它们适用于即使在温度变化的情况下也表现出色的传感器。

电荷放大器将压电传感器产生的电荷转换成比例电压。放大器起到积分器的作用，不断补偿量程电容上传感器产生的电荷，与作用放大器成比例。

石英传感器允许直接和间接力测量。对于直接测量，传感器完全位于力通量中，它测量整个力。这种方法产生了很高的测量精度，几乎不依赖于施力点。如果传感器不能直接定位在力通量中，它将只测量部分力;其余部分通过其安装的结构。(这就是所谓的力分流。)在间接力测量中，应变传感器通过结构应变来间接测量过程力。石英传感器非常稳定，坚固，紧凑。这些特性说明了它们在研究和开发以及生产和工业测试技术中的广泛应用。

压电传感器的好处

压电式石英力传感器的测量可用于动态和准静态测量。例如，汽车部件的老化和负载调查需要动态力测量。石英力传感器由主动传感器元件组成，在输出端产生与作用力成比例的线性电荷信号。这意味着它们可以用于多个测量范围，因为力是直接通过传感器元件测量的，而不是通过结构变形间接测量的。这一特性解释了为什么这些测量元件可以测量几十年，而不需要在测量不同的力时交换它们。

压电传感器用于过载保护的另一个好处是压电石英力传感器对负载做出反应，而不是应变。这意味着在测量过程中几乎没有位移发生。大多数传感器的耐压性能为3.0 x 108 Pa，因此可以实现大规模过载，而不会有压力引起破坏的风险。即使传感器过载超过其允许的测量范围，也不会发生损坏，也不会出现零点偏移、疲劳或线性变化。

压电传感器还提供了稳定灵敏度方面的附加价值。石英力传感器采用固态设计，石英不显示任何老化迹象。石英元件在负载下不会移位，因此不太可能发生灵敏度变化，从而消除了频繁校准的需要。这些优点节省时间和金钱。

在力传感器的选择中，尺寸通常是一个关键因素。在这方面，压电式石英力传感器具有优势。它们需要最小的空间，所以它们在动态研究中添加的质量载荷可以忽略不计。

压电石英技术的其他优点包括高输出电压(5或10 V，输出产生与应用加速度成正比的电输出)和宽的温度范围(-73至204 C/-99至399 F)，以及低采集和生命周期成本。对于某些应用，石英力传感器提供了各种技术优势，主要降低成本。

质量保证

因此，高灵敏度压电传感器捕获的数据可以被使用，它是可视化的，评估的，并记录在适当的监测系统中。这类系统必须集成到生产中，以便能够验证和/或评估制造产品的质量。特别是如果许多单独的组件被组装成一个产品，每个组件都必须经过供应商的测试。这是保证最终产品质量的唯一方法。例如，在装配技术中，监控系统可以可靠地跟踪生产过程。结果:生产可以朝着零缺陷生产的目标进行优化，同时，成本效率最大化。

斯蒂芬·谢弗他是KistlerInstrumente AG(瑞士温特图尔)生产监控业务领域的产品经理。由内容副经理艾米丽·冈瑟编辑，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．

关键概念

• 的好处压电传感器
• 如何压电技术优化和提高工艺可靠性
• 压电石英技术为工业制造商节省了成本。

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什么样的从压电传感器中提取数据需要监测系统吗?

在线额外

压电效应是由皮埃尔·居里和雅克·居里于1880年发现的。1950年，沃尔特·p·基斯特勒(Walter P. kisstler)为压电信号的电荷放大器申请了专利，为开发几十年来已知的效应铺平了道路。

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