压电力传感器传力上盖

结构与传力路径

压电式力传感器由传力上盖、两片石英晶片、电极、绝缘套和基座组成。晶片厚度方向取为 x 轴，即石英的电轴方向。工作时，被测力经传力上盖施加到晶片上，使晶片在电轴方向受压。上盖的作用是把外部被测力集中、定向地传到石英晶片上，而不是直接参与机电转换。

纵向压电转换

石英晶片在电轴方向受力时，利用纵向压电效应实现力—电转换，对应的压电常数为 d11。晶片受压力 F 作用时，电极面上产生的电荷量 Q 与力成正比：

其中 Q 为电荷量，单位 C；d11 为石英的纵向压电常数，单位 C/N；F 为沿电轴方向施加的力，单位 N。该式表明电荷量只与受力大小有关，与晶片尺寸无关，这是纵向压电效应的特点。

两片晶片的并联叠加

传感器采用两片石英晶片。两片晶片沿电轴方向并联叠加：受力后，两晶片在电轴方向产生的电荷极性一致，负电荷由电极输出，正电荷一侧与底座连接。并联使输出电荷量叠加，在相同受力下得到更大的电荷输出，便于后续电荷放大器检测。

输出与连接

晶片之间及上下方设有电极，用于引出电荷。晶片被绝缘套包裹，用于抑制电荷沿外壳泄漏；上方通过电子束焊接连接上盖，下方连接基座。被测力通过传力上盖使晶片在电轴方向产生电荷，负电荷由电极输出，正电荷一侧与底座连接，形成电荷输出回路。

适用范围

上述关系适用于石英晶片沿电轴方向受力、且外电路使电荷在测量时间内的泄漏可忽略的准静态或动态测量条件。压电传感器本身不适合真正静态测量，实际多用于动态或准静态力的测量，如机床动态切削力的测量。