压电式力接收器在测力与称量技术中的可能性与范围

　　压电式力接收器基于其小型结构和很高的机械刚性, 所以特别适宜于动态测量。例如, 在生产监控、Crash 检验以及生物机械方面, 用这种力接收器测量脚踏力。这种力接收器因其不利的漂移特性, 迄今很少适宜于静态应用。然而, 使用现代的电荷放大器, 似静态测量将会成功, 其时间特性曲线不再用指数减小表示, 而是用线性漂移表示。所以, 与现代的电荷放大器组合的压电式力接收器应用在测力与称量技术中已越来越引人注意, 此时测量时间或负荷变换时间在几分钟之内。

　　这篇报告的目的是, 在国际 OIML 建议 R60 基础上, 确定出与应变计式称重传感器相比较的压电式力接收器目前可达到的测量技术特性值。压电式测力原理

　　《 压电》这一述语来源于希腊, 意思是《 自身压力》。在压电这一总概念下, 概述了晶体全部电机械相互作用。就此而言, 分为图 1 所示的直接的与互易的二种压电效应。

　　这二种压电效应都是以各向异性的压电材料中有次序分子的极化状态变化为依据的。在测力中, 使用直接压电效应———由机械力而引起的机械应力状态变化, 产生能引向表面上的极化电荷。

　　与此相比, 在互易压电效应情况下, 一外部电场引起压电材料机械应力, 因此使其变形。

　　压电式力接收器的主要元件是一个所谓的测量垫圈( 图 2) 。该测量垫圈由下部几个部分组成: 一个环形底座、二个电并联的压电式传感器元件和一个压板。感应电荷用二个压电式传感器元件之间的电极测量。

　　在压电式力接收器( 图 3) 中, 垫圈通过一个螺栓和二个钢螺母( 作为力冲头) 产生预应力, 所以有可能在引力、压力方面测量。

　　与应变计式力接收器一样, 压电式力接收器具有几毫牛~兆牛的测量范围。

　　与应变计式力接收器相比, 压电式力接收器基于其小而灵活的结构形式( 图 4) 以及很高的刚性,所以特别适合动态使用。

　　用作电子处理器( 所谓的电荷放大器) 的是一台以高欧姆波段电容器电容负反馈的电压放大器。负反馈当作通过加载形式的力接收器上的负荷变化而感应的输入电流的积分仪。

　　根据终端绝缘电阻 RG, 波段电容器自然以 τG时间常数指数放电。

　　此外, 也出现了漂移电流 ID的影响, 这是由于电荷放大器输入电路中使用的电子结构部分的泄漏电流和电压放大器的胶( Offset) 电压而引起的, 力接收器、连接电缆和插塞连接, 也都对漂移电流 ID产生附加影响。

　　在力接收器的灵敏度 SKA、电荷放大器的灵敏度 SLA时, 通过静力感应引起的输出电压为