壓電式壓力感測器基礎知識
壓電式壓力感測器是利用壓電材料的壓電效應將被測壓力轉換為電信號的。由壓電材料製成的壓電元件受到壓力作用時產生的電荷量與作用力之間呈線性關係：Q=kSp 式中 Q為電荷量；k為壓電常數；S為作用面積；p為壓力。通過測量電荷量可知被測壓力大小。
圖1為一種壓電式壓力感測器的結構示意圖。壓電元件夾於兩個彈性膜片之間，壓電元件的一個側面與膜片接觸並接地，另一側面通過引線將電荷量引出。被測壓力均勻作用在膜片上，使壓電元件受力而產生電荷。電荷量一般用電荷放大器或電壓放大器放大，轉換為電壓或電流輸出，輸出信號與被測壓力值相對應。
除在校準用的標準壓力感測器或高精度壓力感測器中採用石英晶體做壓電元件外，一般壓電式壓力感測器的壓電元件材料多為壓電陶瓷，也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或複合材料的合成膜的。
圖1 壓電式壓力感測器結構示意圖 更換壓電元件可以改變壓力的測量範圍；在配用電荷放大器時，可以用將多個壓電元件並聯的方式提高感測器的靈敏度；在配用電壓放大器時，可以用將多個壓電元件串聯的方式提高感測器的靈敏度。
壓電式壓力感測器體積小，結構簡單，工作可靠；測量範圍寬，可測100MPa以下的壓力；測量精度較高；頻率響應高，可達30kHz，是動態壓力檢測中常用的感測器，但由於壓電元件存在電荷泄漏，故不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態壓力。振膜式諧振壓力感測器 振膜式壓力感測器結構如圖(a)所示。振膜為一個平膜片，且與環形殼體做成整體結構，它和基座構成密封的壓力測量室，被測壓力 p經過導壓管進入壓力測量室內。參考壓力室可以通大氣用於測量表壓，也可以抽成真空測量絕壓。裝於基座頂部的電磁線圈作為激振源給膜片提供激振力，當激振頻率與膜片固有頻率一致時，膜片產生諧振。沒有壓力時，膜片是平的，其諧振頻率為 f0；當有壓力作用時，膜片受力變形，其張緊力增加，則相應的諧振頻率也隨之增加，頻率隨壓力變化且為單值函數關係。
在膜片上粘貼有應變片，它可以輸出一個與諧振頻率相同的信號。此信號經放大器放大后，再反饋給激振線圈以維持膜片的連續振動，構成一個閉環正反饋自激振蕩系統。如圖(b)所示振筒式諧振壓力感測器 振筒式壓力感測器的感壓元件是一個薄壁金屬圓筒，圓柱筒本身具有一定的固有頻率，當筒壁受壓張緊后，其剛度發生變化，固有頻率相應改變。在一定的壓力作用下，變化后的振筒頻率可以近似表示為：
式中fp為受壓后的振筒頻率；f0 為固有頻率； a 為結構係數； p為被測壓力。
感測器由振筒組件和激振電路組成，如圖3-14所示。振筒用低溫度係數的恆彈性材料製成，一端封閉為自由端，開口端固定在基座上，壓力由內側引入。絕緣支架上固定著激振線圈和檢測線圈，二者空間位置互相垂直，以減小電磁耦合。激振線圈使振筒按固有的頻率振動，受壓前後的頻率變化可由檢測線圈檢出。 此種儀錶體積小，輸出頻率信號，重複性好，耐振；精確度高，其精確度為±0.1％和±0.01％；適用於氣體測量。
振筒式壓力感測器
注:壓電效應概念
某些電介質沿著某一個方向受力而發生機械變形(壓縮或伸長)時，其內部將發生極化現象，而在其某些表面上會產生電荷。當外力去掉后，它又會重新回到不帶電的狀態，此現象稱為“壓電效應”。常用的壓電材料有天然的壓電晶體(如石英晶體)和壓電陶瓷(如鈦酸鋇)兩大類，它們的壓電機理並不相同，壓電陶瓷是人造多晶體，壓電常數比石英晶體高，但機械性能和穩定性不如石英晶體好。它們都具有較好特性，均是較理想的壓電材料。
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