压电式压力传感器在工程应用、生物医学研究等领域有广泛的应用。由于测量对象、量程范围、环境条件及测量要求等千差万别，传感器种类和型号很多，但其测量原理都基于压电材料的压电效应。压电式压力传感器主要由力转换与传递机构、压电转换元件和传感器本体等部分组成。按其力转换机构和弹性敏感元件形式的不同，压电式压力传感器可分为活塞式传感器和膜片式传感器两大类。活塞式传感器通过活塞将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号，一般适用于中、高压测量；膜片式传感器是依赖于弹性膜片的变形将被测压力传递给压电元件，然后由压电元件将被测压力转换为电信号输出，主要适用于低压测量。

如图9.6所示为一种典型的活塞式压电压力传感器的结构简图。该传感器主要由传感器本体、活塞和压电晶片等组成。两片压电晶片以电路并联机械串接的方式安装在活塞内孔中，利用砧盘9定位并通过紧定螺柱6予以压紧。压电晶片之间设有导电铜片13与电极相连，并用导线16将电信号引出。测量时，将传感器本体上的螺纹旋在测孔上，流体的压力通过活塞和砧盘作用在压电晶片上，晶片产生与压力成正比的电荷输出。这种传感器能够测量流体高压，但为了保证活塞的运动灵活性，必须有较长的导向段，由此而使活塞质量较大，活塞与压电晶片等效于弹簧质量系统，其固有频率为＝k/m，受活塞质量m和弹性系统刚度k的影响，将导致活塞式传感器的谐振频率的降低，加之测压油黏度等的影响，一般活塞式传感器的谐振频率为30～40kHz。

膜片式压电压力传感器的典型结构如图9.7所示。该传感器结构紧凑，小巧轻便，动态质量小，有较高的谐振频率，可在高温环境中使用。其主要构成有圆形膜片、弹性罩体、芯体、压电晶体片组、电极、温度补偿片、加速度补偿片、本体及冷却水管路等。传感器的弹性元件由弹性套和薄而柔软的膜片组合而成，使它在受压发生变形时，不会改变弹性罩体的实际承压面积。弹性元件与本体和罩体采用压边连接，有较高的承压能力和良好的气密性。压电晶体片组件放置在弹性套中被密封保护并可一定程度地阻隔外部热源对压电晶体的影响；传感器内装多片晶体以提高输出灵敏度。晶体之间电荷的引出，采用在晶片上蒸镀金属薄膜并设置绝缘区和接点，只要将晶体片按顺序重叠起来，就能将全部正负电荷分别集中引出，便于装配并紧缩结构。通冷却水可使晶体片压电系数保持稳定，避免由于温度改变造成的变形使晶体片预压应力发生改变，而且还可起到保护薄膜片作用。

图9.6　活塞式压电压力传感器

1—盖；2—外壳；3—压紧螺盖；
4—绝缘套；5—夹头；6—紧定螺柱；
7—本体；8—活塞；9—砧盘；
10—绝缘导向器；11—压电晶片；
12—橡皮垫；13—导电铜片；14—电极；
15—支承环；16—引出导线；17—绝缘体(www.daowen.com)

图9.7　膜片式压电压力传感器

1—芯；2—绝缘管；3—冷却水管；
4—导线；5—芯体；6—本体；
7—加速度补偿晶片；8—电极；
9—弹性套；10—加速度补偿块；
11—绝缘套；12—晶体组件；
13—温度补偿片；14—膜片

为了提高压电传感器的性能，采取了温度补偿和加速度补偿措施。由于压电晶片的温度线膨胀系数小于金属零件的线膨胀系数，当温度变化时，引起预紧力变化，导致传感器零点漂移，严重的还会影响传感器线性度和灵敏度。因此，采取在晶体前面加一块线膨胀系数大的金属片，自动抵消弹性套和晶体的线膨胀差值，以保证预紧力稳定。为了改善在加速度作用下，由于弹性套和晶体等的质量的惯性力而产生附加电荷对小量程传感器的影响，传感器内部选择一个适当的附加质量和一组极性相反的补偿压电片，在加速度作用下，使附加质量对补偿压电片产生的电荷与测量压电片因加速度作用产生的电荷相抵消。因此，只要附加质量选择适当，就可达到补偿目的。

压电式压力传感器不能用于静态压力测量。被测压力变化的频率太低或太高，环境温度和湿度的改变，都会改变传感器的灵敏度，造成测量误差。压电陶瓷的压电系数是逐年降低的，以压电陶瓷为压电元件的传感器应定期校正其灵敏度，以保证测量精度。电缆噪声和接地回路噪声也会造成测量误差，应设法避免。采用电压前置放大器时，测量结果受测量回路参数的影响，不能随意更换出厂配套的电缆。