當晶片在y方向上受到壓力p2的作用時，在垂直于x軸的晶片表面上也會產生電荷，其電荷量q2則為

而當晶片在z方向上受到壓力p3的作用時，不會產生任何電荷。

利用測量電路測量出壓電材料表面的電荷量，便可得到被測對象的壓力值。一般的壓電式壓力傳感器的輸出電荷量(或電壓)與被測對象壓力成正比，具有良好的線性度，如圖2-29所示。

壓電式壓力傳感器可分為膜片式和活塞式兩類。圖2-30所示為膜片式壓電壓力傳感器結構，它主要由引線、膜片、壓電元件、殼體以及絕緣體等組成。

壓電式壓力傳感器輸出的是電荷，只有在外電路負載無窮大，內部無漏電時，壓電晶體表面產生的電荷才能長時間保持下來。但實際上負載不可能無窮大，內部也不可能完全不漏電。所以通常采用高輸入阻抗的放大器來代替理想的情況。有兩類高輸入阻抗的放大器，即輸入阻抗的電壓放大器和電荷放大器。

圖2-31所示為電荷放大器的電路原理圖。圖中電阻Rf與電容Cf并聯是為了給運算放大器的基流提供一條泄漏通道，以防止放大器中的積分器趨于飽和。值得注意的是，圖中電容C包括三部分，即壓電晶體的電容、放大器的輸入電容和引線的電容。其中引線的電容與引線的長度有關，因此消除引線的電容十分重要。消除的方法有兩種：①對連接引線進行屏蔽，通常采用屏蔽導線;②將放大器放在傳感器內，即做成一體化的壓電式壓力傳感器。這樣引線的電容就成為一個很小的常量，而傳感器以外的部分就只有電源和記錄顯示儀器了，由于它們與低阻抗的輸出端相連，因此對系統性能的影響就可忽略不計。

壓電式壓力傳感器屬于發電類傳感器，它在外力作用下無需外界提供電源就有電壓輸出。這類傳感器的最大特點是自振頻率高，可達200kHz。因此壓電式壓力傳感器最適合于測量高頻動態壓力，如內燃機壓力、火箭發動機壓力、飛機發動機燃燒室壓力、火炮沖擊波壓力;也能用于測量高超音速脈沖風洞的激波壓力，這個壓力很高，并伴隨有瞬時溫度沖擊和高加速度的沖擊振動。

壓電式壓力傳感器的缺點是低頻性能差，傳感器殼體和壓電元件的線膨脹系數相差很大，在溫度改變時會引起晶體片原來所受的預緊力發生變化，導致傳感器零點漂移，嚴重時會影響其靈敏度和線性度。

5.諧振式壓力傳感器

諧振式壓力傳感器是靠被測壓力所形成的應力改變彈性元件的諧振頻率，通過測量頻率信號的變化來檢測壓力。這種傳感器特別適合與計算機配合使用，組成高精度的測量、控制

系統。由于彈性元件的不同，諧振式壓力傳感器的工作原理略有不同。

振筒式壓力傳感器的感壓元件是一個薄壁金屬圓筒，圓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。圖2-32所示為振筒式諧振壓力傳感器結構，它主要由壓力敏感組件和激勵放大器兩部分組成。

當被測對象的壓力通入圓筒內壁時，在被測壓力的作用下，圓筒將在軸向和徑向被張緊并引起剛性發生變化，從而改變圓筒的固有頻率。任一機械振動系統的固有頻率fo可表示為

在外界壓力的作用下，振筒彈性體諧振在自身的固有最低能級上，壓力不同，諧振體的固有能級不同，諧振頻率不同。壓力p和諧振頻率廠的關系為

振膜式諧振壓力傳感器結構如圖2-33(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，被測壓力戶經過導壓管進入壓力測量室內。參考壓力室可以通大氣用于測量表壓，也可以抽成真空測量絕對壓力。裝于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。沒有壓力作用時，膜片是平的，其諧振頻率為fo;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系。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2-33(b)所示。