壓電式壓力傳感器常用來測量動態(tài)壓力，一般不適用于靜態(tài)壓力的測量。動態(tài)壓力測量(典型應(yīng)用如湍流，爆炸和發(fā)動機(jī)燃燒等)需要用到有特殊功能的傳感器，包括快速響應(yīng)，外殼堅(jiān)固，高剛度，可擴(kuò)展量程和可以測量準(zhǔn)靜態(tài)壓力的能力。為何壓電式壓力傳感器僅測量動態(tài)壓力呢？ 壓電式壓電傳感器的石英晶體當(dāng)受到外部施加的壓力時(shí)產(chǎn)生電荷。即使電氣絕緣電阻非常高，電荷最終也將泄漏為零。電荷泄漏到零的速率取決于電氣絕緣電阻。電荷型壓力傳感器與電壓放大器一起使用時(shí)，泄漏速率由傳感器中電容和電阻、低噪音電纜和外部電壓放大器決定。ICP®壓力傳感器晶體和內(nèi)置電路中的電阻和電容決定泄漏速率。 

       PCB®生產(chǎn)和制造兩種類型的動態(tài)壓力傳感器，電荷型以及ICP®電壓型。電荷型壓力傳感器輸出高阻抗的電荷信號，ICP®電壓型傳感器特點(diǎn)是內(nèi)置集成放大電路，可以將高阻抗電荷信號轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓輸出。

       壓電型壓電傳感器有各種外觀尺寸和螺紋結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的壓力測量安裝要求。大多數(shù)傳感器使用石英晶體作為敏感元件，以保證操作的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。石英晶體通常在殼體內(nèi)部進(jìn)行預(yù)緊，以保證傳感器具有良好的線性度。電氣石是另外一種穩(wěn)定的天然壓電晶體，此類晶體用于需要測量體積靈敏度的傳感器中。如圖1為具有內(nèi)置電路的通用型壓力傳感器。

圖一 具有內(nèi)置電路的通用型壓力傳感器

      當(dāng)ICP®壓力傳感器受到一個(gè)正壓時(shí)，傳感器產(chǎn)生一個(gè)正的電壓輸出。PCB®電荷型壓力傳感器的極性剛好相反。當(dāng)受到一個(gè)正壓時(shí)，傳感器產(chǎn)生一個(gè)負(fù)信號輸出。外部電荷放大器通常與電荷輸出傳感器一起使用，并對信號進(jìn)行極性反轉(zhuǎn)。電荷輸出型傳感器與電荷放大器一起組成的測試系統(tǒng)的輸出極性與ICP®傳感器的輸出極性是一樣的。當(dāng)然，我們也有反極性輸出的傳感器版本。

       大多數(shù)PCB®壓電型壓力傳感器中的石英晶體在堅(jiān)固的傳感器外殼內(nèi)采用壓縮式預(yù)緊，電氣石晶體采用無約束形式。這些設(shè)計(jì)使傳感器具有微秒級響應(yīng)時(shí)間和幾百赫茲的固有頻率，能夠最小化過沖或者振鈴現(xiàn)象發(fā)生的可能性。 

       壓力傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)會對高頻測量產(chǎn)生限制。靈敏度在傳感器接近固有頻率時(shí)開始快速上升。靈敏度的上升情況如圖2所示。

圖二 靈敏度上升圖

       通常傳感器靈敏度偏差低于5%范圍內(nèi)使用是可以接受的。而此時(shí)的高頻測量上限一般在接近傳感器固有頻率的20%左右。高頻響應(yīng)可能受激勵(lì)電流、電纜長度和電纜電容的限制。

       電荷型壓力傳感器的低頻響應(yīng)取決于所使用的電荷放大器。放大器設(shè)置低頻響應(yīng)的放電時(shí)間常數(shù)（DTC）可以很長或很短，這取決于使用電荷放大器的具體型號。一個(gè)較長DTC允許更低頻的測量，較短的DTC會限制低頻響應(yīng)。     

       內(nèi)部的電阻和電容值決定了傳感器的放電時(shí)間常數(shù)和ICP®壓力傳感器的低頻響應(yīng)。放電時(shí)間類似一階R-C高通濾波器的作用，決定了傳感器的低頻響應(yīng)。另外，信號適調(diào)儀的DTC也應(yīng)該考慮在內(nèi)，它也會影響整個(gè)系統(tǒng)的低頻響應(yīng)。

       壓電式壓力傳感器系統(tǒng)的輸出特點(diǎn)是AC耦合系統(tǒng)。重復(fù)的信號會衰減，直到原始基線上下區(qū)域達(dá)到相等。當(dāng)監(jiān)控事件的幅值出現(xiàn)波動，輸出會在基線附近保持穩(wěn)定，同時(shí)正的區(qū)域和負(fù)的區(qū)域保持相等。圖3是一個(gè)AC交流信號波形。 

       在這個(gè)例子中，在一個(gè)穩(wěn)態(tài)脈寬和脈沖間隔為一秒的AC耦合壓力應(yīng)用，產(chǎn)生0-2V電壓輸出信號。其頻率保持不變但信號迅速衰減，直到信號在原始基線上下面積區(qū)域A=區(qū)域B，而且峰值相同。 

                                     圖三 AC交流信號波形

       壓力傳感器的精密安裝對于精確測試是至關(guān)重要的。每次安裝前請確認(rèn)傳感器說明書中的安裝尺寸圖，當(dāng)您有疑問時(shí)，請聯(lián)系PCB®工程師取得詳細(xì)的安裝指南。使用精密的機(jī)加工設(shè)備來安裝螺紋孔，并且使用推薦的安裝扭矩。請使用PCB®傳感器提供的安裝硬件，我們還提供不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋適配器來簡化一些傳感器的安裝。 

        對于自由場爆炸應(yīng)用，使用具有氣動力外形的安裝可以最小化來自安裝支架或三腳架的反射而產(chǎn)生的不必要的影響。 

       許多壓力傳感器的敏感晶體一般位于傳感器底部的膜片處。如果壓力測量中傳感器這個(gè)部位受到側(cè)向載荷會使信號輸出失真。要避免異常的側(cè)向載荷應(yīng)力施加到傳感器的上半部分，這點(diǎn)也很重要。對傳感器上半部分可能會產(chǎn)生側(cè)應(yīng)力的原因包括：電纜對電氣接頭的直角拉緊力；在高橫向振動的環(huán)境中，電纜使用一個(gè)非常重的適配器連接到小型的電氣接頭上。

       在自由場爆炸測試應(yīng)用，壓力傳感器安裝到一個(gè)薄板上，當(dāng)壓力造成板面彎曲時(shí)，傳感器可能會承受側(cè)應(yīng)力，使用O型環(huán)安裝可以最小化這種影響。