第4章 傳感器

1、第第4章章 力敏傳感器力敏傳感器 定義： 力敏傳感器就是由對力敏感的力敏傳感器就是由對力敏感的敏感敏感元件元件感受力學量（如拉力、力矩、壓力感受力學量（如拉力、力矩、壓力等）的變化，通過等）的變化，通過轉換元件轉換元件將將力學量力學量轉轉換成電壓、電流等換成電壓、電流等電信號電信號形式的傳感器。形式的傳感器。 組成： 主要由彈性敏感元件和轉換元件主要由彈性敏感元件和轉換元件（通常為轉換電路）。（通常為轉換電路）。4.1彈性敏感元件基本特性彈性敏感元件基本特性： 包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性，描述作用于敏感元件之上的輸入量與由其引起的輸出量之間的關系。 主要指標包括：剛度與與柔度剛度與與柔度 ； 彈性

2、彈性滯后滯后 ；彈性后效與蠕變；彈性后效與蠕變 ；固有振動頻；固有振動頻率率 。 什么是剛度？ 就是指單位輸出量所需要的輸入量，常用符號表示。例 請用公式描述圖4-1中A點的剛度特性？kA圖圖4-1dFkdxF 式中：為輸入量；x-為輸出量（如位移、應變） 何謂柔度？ 柔度表示單位輸入量引起的輸出量，常用S來表示。圖4-1中A點的柔度表示為 dxSdF 何謂彈性滯后？ 在彈性范圍內，加在特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象。如圖4-2中所示。 圖圖4-2 何謂彈性后效？何謂彈性后效？ 彈性元件在階躍載荷作用下，所產(chǎn)生的彈性元件在階躍載荷作用下，所產(chǎn)生的變形并不能立即完成，需要經(jīng)過一段時間間變形并不能立即

3、完成，需要經(jīng)過一段時間間隔。這個過程稱為彈性元件的彈性后效。隔。這個過程稱為彈性元件的彈性后效。 何謂彈性蠕變？何謂彈性蠕變？ 當外力保持恒值時，彈性元件在一個較當外力保持恒值時，彈性元件在一個較長時間范圍內仍然繼續(xù)緩慢變形的現(xiàn)象稱為長時間范圍內仍然繼續(xù)緩慢變形的現(xiàn)象稱為彈性蠕變。彈性蠕變。 何謂固有振動頻率？何謂固有振動頻率？ 彈性元件本身所具有的振動頻率。常彈性元件本身所具有的振動頻率。常用用f表示。它與彈性元件的剛度表示。它與彈性元件的剛度k和等效和等效振動質量振動質量m有關，計算公式如下：有關，計算公式如下：12kfm 彈性敏感元件的基本指標對性能的影響：彈性敏感元件的基本指標對性能的

4、影響：（1）剛度）剛度 線性度線性度（2）柔度）柔度 靈敏度靈敏度（3）彈性滯后）彈性滯后 遲滯誤差遲滯誤差（4）彈性后效）彈性后效 重復性誤差重復性誤差（5）彈性蠕變）彈性蠕變 穩(wěn)定性穩(wěn)定性（6）固有振動頻率）固有振動頻率 測量精度測量精度 f高好；但高好；但f高，會使線性度變好，靈敏高，會使線性度變好，靈敏度差；反之亦然。度差；反之亦然。 影響影響 影響影響 影響影響 影響影響 影響影響 影響影響 力敏傳感器的分類：力敏傳感器的分類： 根據(jù)測量原理不同分為：根據(jù)測量原理不同分為：一一、應變式應變式壓力傳感器壓力傳感器；二、二、壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器；三、三、壓電式壓力傳感器壓電式

5、壓力傳感器；四、四、諧振式壓力傳感器諧振式壓力傳感器。 目前自動測力或稱重中應用最普遍的是應變式傳感器，應變式傳感器有下列優(yōu)點： 1.精確度，線性度好，靈敏度高 2.滯后和蠕變都較小，壽命高 3.容易與二次儀表相匹配實現(xiàn)自動檢測 4.結構較簡單，體積較小應用靈活 5.工作穩(wěn)定和保養(yǎng)方便 應變式傳感器除可用于測量力參數(shù)外，還可用于測量加速度、振幅等其他物理量。4.2應變式傳感器應變式傳感器 應變式傳感器是利用金屬的應變式傳感器是利用金屬的電阻應變效應電阻應變效應，將被測量轉，將被測量轉換為電量輸出的一種傳感器。換為電量輸出的一種傳感器。一、工作原理（一）金屬的電阻應變效應 當金屬絲在外力作用下發(fā)

6、生機械變形時，其電阻值發(fā)生變當金屬絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為金屬的電阻應變效應?；默F(xiàn)象，稱為金屬的電阻應變效應。取一根長度為L，截面積為S，電阻率為 的金屬絲，未受力時其電阻R為.LRS 當電阻絲受到拉力F作用時, 將伸長L, 橫截面積相應減小S, 電阻率將因晶格發(fā)生變形等因素而改變, 故引起電阻值相對變化量為RLSRLS式中L/L是長度相對變化量, 用應變表示LLS/S為圓形電阻絲的截面積相對變化量, 即 rrSS222222() )22Srrrrr rrSrrr 由材料力學可知, 在彈性范圍內, 金屬絲受拉力時, 沿軸向伸長, 沿徑向縮短, 那么軸向應變和

7、徑向應變的關系可表示為LLrr式中: 電阻絲材料的泊松比, 負號表示應變方向相反。 可得 或)21 (RR)21 (RR 通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為金屬電通常把單位應變能引起的電阻值變化稱為金屬電阻絲的靈敏度系數(shù)。阻絲的靈敏度系數(shù)。其物理意義是單位應變所引起的電阻相對變化量, 其表達式為012K 0RkR因此靈敏度系數(shù)受兩個因素影響: 受力后材料幾何尺寸的變化, 即（1+2）; 受力后材料的電阻率發(fā)生的變化, 即/ 。 用應變片測量時，將其貼在被測對象表面上。當被測對象受力變形時，當被測對象受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變形，其電阻值發(fā)生

8、相應變化，化，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化，這是用來直接測量應變。 通過彈性敏感元件將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉換為應變，則可用應變片測量上述各量，而做成各種應變式傳感器。(二)應變片的基本結構及測量原理（1）敏感柵 感受應變，并將應變轉換為電阻的變化。敏感柵有絲式、 箔式和薄膜式三種。（2）基底 絕緣及傳遞應變。測量是應變片的基底提高粘結劑粘在試件上，要求基底準確地把試件應變傳遞給敏感柵。同時基片絕緣性能要好，否則應變片微小電信號就要漏掉。 由紙薄、膠質膜等制成。（3）粘結劑 敏感柵與基底、基底與試件、基底與覆蓋層之間的粘結。（4）覆蓋層保護作用。防濕、蝕、塵。（5）引線連

9、接電阻絲與測量電路，輸出電參量。二、應變片的類型和材料（一）應變片的類型和材料1.金屬絲式應變片回線式：橫向效應較大短接式：克服橫向效應金屬絲式應變片材料要求2.金屬箔式應變片箔式應變片是在絕緣基底上，將厚度為0.0030.01mm電阻箔材，利用照相制版或光刻技術，制成各種需要的形狀。優(yōu)點：可制成多種復雜形狀尺寸準確的敏感柵；與被測件粘結面積大；散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度；橫向效應小；蠕變和機械滯后小，壽命長。缺點：電阻值的分散性大3.金屬薄膜應變片 采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在0.1微米以下的金屬電阻材料薄膜的敏感柵，最后再加上保護層。優(yōu)點：應變靈敏系

10、數(shù)大，允許電流密度大。存在問題：溫度穩(wěn)定性差(二)應變片的粘貼 應變片是用粘合劑粘貼到被測件上的。粘合劑形成的膠層必須準確迅速地將披測件應變傳進到敏感柵上。粘合劑的性能及粘貼工藝的質量直接影響著應變片的工作特性，如零漂、蠕變、滯后、靈敏系數(shù)，線性以及它們受溫度變化影響的程度。對粘合劑和粘貼工藝有嚴格要求三、金屬應變片的主要特性三、金屬應變片的主要特性(一)靈敏系數(shù)RRK/靈敏系數(shù)由實驗確定。實驗發(fā)現(xiàn)，實際應變片的K值比單絲的K值要小，造成此現(xiàn)象原因是橫向效應。還有粘結層傳遞變形失真。(二二)橫向效應橫向效應將直的電阻絲繞成敏感柵將直的電阻絲繞成敏感柵之后，雖然長度相同，但之后，雖然長度相同，但

11、應變狀態(tài)不同，其靈敏系應變狀態(tài)不同，其靈敏系數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫數(shù)降低了。這種現(xiàn)象稱橫向效應。向效應。1、定性分析、定性分析當將應變片粘貼在被測試件上時, 由于其敏感柵是由n條長度為l1的直線段和（n-1）個半徑為r的半圓組成, 若該應變片承受軸向應力而產(chǎn)生縱向拉應變x時, 則各直線段的電阻將增加, 但在半圓弧段則受到從+x到-x之間變化的應變。總的作用結果：將直的電阻絲繞成敏感柵后, 雖然長度不變, 應變狀態(tài)相同, 但圓弧段橫向收縮引起阻值減小量對軸向伸引起阻值增加量起著抵消作用。 因而同樣應變阻值變化減小，K值減小，此現(xiàn)象為橫向效應。 2.定量分析定量分析應變片置于二維應力場，即有 ，又

12、有 。xyxxxxyyxxKHKKKRR)1 ( 橫向效應在圓弧段產(chǎn)生，消除圓弧段即可消除橫向效應。 為了減小橫向效應產(chǎn)生的測量誤差，現(xiàn)在一般多采用箔式應變片，其圓弧部分尺寸較柵絲尺寸大得多，電阻值較小，因而電阻變化量也就小得多。(三)機械滯后、零漂和蠕變加載和卸裁特性曲線之間的最大差值稱為應變片的滯后值。粘貼在試件上的應變片，在溫度保持恒定沒有機械應變的情況下，電阻值隨時問變化的特性稱為應變片的零漂。粘貼在試件上的應變片，溫度保持恒定，在承受某一恒定的機械應變，其電電阻值隨時間變化而變化的特性稱為應變片的蠕變。一般來說，蠕變的方向與原應變量變化的方向相反。(四四)應變極限和疲勞壽命應變極限和

13、疲勞壽命 應選用抗剪強度較應選用抗剪強度較高的粘結劑和基底材料，高的粘結劑和基底材料，基底和粘結劑的厚度不基底和粘結劑的厚度不宜太大，并經(jīng)適當?shù)墓桃颂?，并?jīng)適當?shù)墓袒幚??；幚怼?對于已安裝的應變片，在恒定幅值對于已安裝的應變片，在恒定幅值的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)的交變力作用下，可以連續(xù)工作而不產(chǎn)生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)稱為應變片的疲生疲勞損壞的循環(huán)次數(shù)稱為應變片的疲勞壽命。勞壽命。（五）最大工作電流和絕緣電阻（五）最大工作電流和絕緣電阻絕緣電阻是指應變片的引線與被測件之間的電阻值。最大工作電流是指允許通過應變片而不影響其工作特性的最大電流。工作電流大，應變片輸出信號大，靈敏度高，但

14、過大的電流會把應變片燒毀。（六）應變片的電阻值電阻值大可加大應變片承受電壓，因此輸出信號大，但敏感柵尺寸也增大。(六)動態(tài)響應特性電阻應交片在測量頻率較高的動態(tài)應變時，應考慮其動態(tài)特性。動態(tài)應變是以應變波的形式在試件中傳播的，它的傳播速度與聲波相同。 電橋的作用：電橋的作用：將電阻的變化量轉換為電壓輸出。 通常采用直流電橋和交流電橋。 一、一、 直流電橋直流電橋 1. 直流電橋直流電橋工作原理工作原理 四、轉換電路（自學）直流電橋電路如圖所示，它的四個橋臂由電阻1,2,3,4R R R R組成AC端接直流電壓UBD端輸出電壓0U一般情況橋路應接成等臂電橋,輸出為零。這樣無論哪個橋臂上受到外來信

15、號作用后，橋路都將失去平衡，就會有信號輸出。電橋輸出端接入輸入阻抗很高的指示儀表或放大器時，可認為電橋負載為無窮大，電橋輸出端相當于開路，只能輸出電壓信號，稱為電壓輸出。此時，橋路的電流為：112UIRR234UIRRAB之間和CD之間的電位差分別為：11ABUI R23ADUI R01123ABADUUUI RI R314231012341234()()()RR RR RRUUURRRRRRRR311234URURRRRR空載輸出當電橋平衡時, Uo=0, 則有 R1R4 = R2R3 或4321RRRR電橋平衡條件電橋平衡條件：相鄰兩臂電阻的比值應相等, 或相對兩臂電阻的乘積相等。電橋接入

16、的是電阻應變片時，即為應變橋。當一個橋臂、兩個橋臂乃至四個橋臂接入應變片時，相應的電橋為單臂橋、半橋和全臂橋。2不平衡直流電橋的工作原理及電壓靈敏度 當電橋后面接放大器時，放大器的輸入阻抗很高，比電橋輸出電阻大很多，可把電橋輸出端看成開路。R1為電阻應變片，RL 。311401123411234()()()RRR RUUURRRRRRRRRR413113124113(1)(1)RRRRUR RRRRRRR同除以 設橋臂比n = R2/R1, 分母中R1/R1可忽略。 由電橋平衡條件R2/R1= R4/R3。 1021(1)RnUUnR電橋電壓靈敏度定義為0211(1)UUnKURnR 提高靈敏

17、度的措施 提高供電電源的電壓U（在功耗允許的范圍內） n=1 R1=R2=R3=R4由dKU /dn = 0求KU的最大值, 得0)1 (132nndndKU n=1時, KU為最大值。 當R1=R2=R3=R4時, 電橋電壓靈敏度最高, 此時有(二)交流電橋當被測量為動態(tài)量時，應變電橋采用交流電橋。 由于供橋電源為交流電源, 引線分布電容使得二橋臂應變片呈現(xiàn)復阻抗特性, 相當于二只應變片各并聯(lián)了一個電容, 則每一橋臂上復阻抗分別為 11111CjwRRRZ22222CjwRRRZ33RZ 44RZ )()(432132410ZZZZZZZZUU輸出電壓 要滿足電橋平衡條件, 即U0=0, 則

18、有 Z1 Z4 = Z2 Z3 將Z1 、Z4 、 Z2、 Z3值代入得3222411111RCjwRRRCjwRR 整理上式得24241313CjwRRRCjwRRR交流電橋的平衡條件為 3412RRRR2112CCRR結論結論： 交流電橋除了要滿足電阻平衡條件外, 還必須滿足電容平衡條件。為此在橋路上除設有電阻平衡調節(jié)外還設有電容平衡調節(jié)。五、溫度誤差及其補償(一)溫度誤差：由于測量現(xiàn)場環(huán)境溫度的改變而給測量帶來的附加誤差, 稱為應變片的溫度誤差。 環(huán)境溫度變化時，敏感柵電阻隨溫度的變環(huán)境溫度變化時，敏感柵電阻隨溫度的變化引起的誤差?；鸬恼`差。)1 (0tRRtttRRRtt0tRRt

19、t 1敏感柵的電阻絲阻值隨溫度變化的關系可用下式表示式中: t金屬絲的電阻溫度系數(shù); t溫度變化值, tt t0 。當溫度變化t時 環(huán)境溫度變化時，試件材料的線膨脹引起的誤差環(huán)境溫度變化時，試件材料的線膨脹引起的誤差ktaakRRsgt)(2gasa應變片靈敏系數(shù)試件膨脹系數(shù)應變片敏感柵材料的膨脹系數(shù)因此，由于溫度變化形成總的電阻相對變化為taatkkRRsgtt)(/(二)溫度補償通常補償溫度誤差的方法有的自償法和線路補償法1自補償法(1)單絲自補償法：用熱處理的方法調整柵絲的溫度系數(shù)taatkkRRsgtt)(/ 要實現(xiàn)溫度自補償, 必須有 電阻絲材料與被測材料配合恰當，基本滿足上式。()

20、tgsk (2)組合式補償償法應變片敏感柵絲由兩種不同溫度系數(shù)的金屬絲串接組成。12()()ttRR 組合式補償應變片的另一種形式組合式補償應變片的另一種形式：二種串接的電阻絲具有相同符號的溫度系數(shù)，滿足以下條件1122() /() /()ttBRRRRR 由此可求得2121()()tBtRRRRR2.線路補償法常用的最好的補償方法是電橋補償法。補償原理：橋路相臨兩臂增加相同電阻，對電橋輸出無影響。電橋輸出電壓Uo與橋臂參數(shù)的關系為URRRRRRRRURRRRRRUBBB)()(431341433110Uo=A（R1 R4 RB R3) 式中: A由橋臂電阻和電源電壓決定的常數(shù)。 R1工作應變

21、片； RB補償應變片 溫度補償條件： R3=R4。 R1與RB為特性一致的應變片。 R1為工作應變片， RB為補償應變片它們處于同一溫度場，且僅工作應變片R1承受應變。補償過程：當溫度升高或降低t = tt0時,工作應變片由R1變?yōu)镽1+R1t，補償應變片由RB 變?yōu)镽B+RBt。 且R1t= RBt。 此時電橋輸出為Uo=A（R1+R1t）R4 (RB+RBt)R3=0 若此時被測試件有應變的作用, 則工作應變片電阻R1又有新的增量R1=R1K, 而補償片因不承受應變, 故不產(chǎn)生新的增量, 此時電橋輸出電壓為 Uo = AR1R4K Uo 與成單值函數(shù)關系。差動電橋補償法差動電橋補償法測量梁

22、的彎曲應變時，將兩個應變片分貼于上下兩面對稱位置， 特性相同，所以二電阻變化值相同而符號相反。但 按圖接入電橋，因而電橋輸出電壓比單片時增加1倍。1BRR與1BRR與當梁上下面溫度一致時， 可起溫度補償作用。1BRR與熱敏電阻補償法熱敏電阻Rt與應交片處在相同的溫度下，當應變片的靈敏度隨溫度升高而下降時，熱敏電阻的阻值下降，使電橋的輸入電壓隨溫度升高而增加，從而提高電橋的輸出電壓。選則分流電阻的值可以使應變片靈敏度下降對電橋輸出的影響得到很好的補償。5R六、應變式傳感器舉例六、應變式傳感器舉例 （一）應變式力傳感器一）應變式力傳感器 1. 柱（筒）式力傳感器柱（筒）式力傳感器 圖 所示為柱式、

23、筒式力傳感器, 貼片在圓柱面上的位置及在橋路中的連接如圖 （c）、（d）所示。 縱向和橫向各貼四片應變片，縱向對稱的R1和R3串接, R2和R4串接, 橫向的R5和R7串接, R6和R8串接,并置于橋路對臂上以減小偏心載荷及彎矩的影響, 橫向貼片作溫度補償用。 橋路輸出電壓012341()4iUkU2. 薄壁圓環(huán)式力傳感器薄壁圓環(huán)式力傳感器 所示為環(huán)式力傳感器結構圖及應力分布圖。A處應力為負，B處為正。對R/h5的小曲率圓環(huán),A、 B兩點處的應變?yōu)镋bhFRA209. 1EbhFRB291. 1 h圓環(huán)厚度; b圓環(huán)寬度; E材料彈性模量。若A處內外環(huán)對稱貼兩片應變片，B處受拉或壓應力將應變片

24、接于電橋電路。輸出電壓為 AUKURRRRRRRRUU)(4)(443214433221103梁式力傳感器梁式力傳感器4輪輻式力傳感器輪輻式力傳感器（二）（二） 應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器 1. 膜片式壓力傳感器膜片式壓力傳感器, 應變片貼在膜片內壁, 在壓力p作用下, 距離圓心x處膜片產(chǎn)生徑向應變r和切向應變t, 表達式分別為: EhxRPr2228)3)(1 (32EhxRPt2228)(1 (32 p膜片上均勻分布的壓力; R, h膜片的半徑和厚度; x離圓心的徑向距離。2筒式壓力傳感器筒式壓力傳感器3組合式壓力傳感器組合式壓力傳感器 （三）（三） 應變式加速度傳感器應變式加速度傳

25、感器 測量時, 將傳感器殼體與被測對象剛性連接。4.34.3壓阻式傳感器壓阻式傳感器壓阻效應：固體受到作用力后，電阻率就要發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫壓阻效應。半導體材料的壓阻效應特別強。半導體壓阻式傳感器的分類：粘貼式應變片擴散硅型壓阻傳感器特點：靈敏系數(shù)大，分辨率高，頻率影響高，體積小。主要用于測量壓力、加速度和載荷等一、半導體應變片結構及工作原理 1、半導體應變片的制作與結構制作材料用單晶硅、鍺。P型單晶硅結構如圖。在直角坐標系中它有許多晶軸方向，實驗發(fā)現(xiàn)沿不同晶軸方向壓阻系數(shù)相差很大（電阻率變化相差很大）。2、工作原理壓阻效應：固體受到作用力后電阻率發(fā)壓阻效應：固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的

26、現(xiàn)象為壓阻效應生變化的現(xiàn)象為壓阻效應。 一、基本工作原理(12 )RlRl半導體電阻率的變化為：llelEl 半導體電阻材料有結晶的硅和鍺，摻入雜質形成P型和N型半導體。當硅膜比較薄時，在應力作用下的電阻相對變化為：lleeleleRR 縱向壓阻系數(shù)橫向壓阻系數(shù)縱向應力橫向應力二、溫度誤差及其補償二、溫度誤差及其補償 壓阻式傳感器受到溫度影響后，要產(chǎn)生零位漂移和靈敏度零位漂移和靈敏度漂移漂移，因而會產(chǎn)生溫度誤差。 傳感器靈敏度的溫漂是由于壓阻系數(shù)隨溫度變化而引起的。當溫度升高時，壓阻系數(shù)變小，傳感器的靈敏度要降低，反之靈敏度升高。 零位溫漂一般可用串、并聯(lián)電阻的方法進行補償。三、壓阻式傳感器舉

27、例三、壓阻式傳感器舉例(一一)半導體應變式傳感器半導體應變式傳感器常用硅、鍺等材料作成單根狀的敏感柵，其使用方法與金屬應變片相同。因為(12)lRER半導體應變片的靈敏系數(shù)為：BlKE半導體應變片的突出優(yōu)點半導體應變片的突出優(yōu)點是靈敏系數(shù)很大，可測微小應變。此外，尺寸小、橫向效應和機械滯后也小。主要缺點主要缺點是溫度穩(wěn)定性差和測量較大應交時非線性嚴重，必須采取補償措施。此外，靈敏系數(shù)隨拉伸或壓縮而變，且分散性大。(二二)壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器在一塊圓形的單晶硅膜片上, 布置四個擴散電阻, 組成一個全橋測量電路。 膜片用一個圓形硅杯固定, 將兩個氣腔隔開。一端接被測壓力, 另一端接參考

28、壓力。當存在壓差時, 膜片產(chǎn)生變形, 使兩對電阻的阻值發(fā)生變化, 電橋失去平衡, 其輸出電壓反映膜片承受的壓差的大小。 (三三)壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器23036124mlaEbhEbhfml恰當?shù)剡x擇傳感器尺寸及阻尼率，用以測量低頻加速度和直線加速度。 壓電式傳感器的工作原理是基于某些介質材料(石英晶體和壓電陶瓷）的壓電效應。 是雙向傳感雙向傳感器。實現(xiàn)力與電荷的雙向轉換。器。實現(xiàn)力與電荷的雙向轉換。4.44.4壓電式傳感器壓電式傳感器 可測與力相關的物理量，如各種動態(tài)力、 機械沖擊與振動。 在聲學、 醫(yī)學、力學、宇航等方面都得到了非常廣泛的應用。 缺點缺點是無靜態(tài)輸出，要求有很

29、高的電輸出阻抗。需用低電容的低噪聲電纜。一、一、 壓電效應壓電效應 某些電介質某些電介質, 當沿著一定方向受到壓力或當沿著一定方向受到壓力或拉力作用而發(fā)生改變時拉力作用而發(fā)生改變時, 其表面上會產(chǎn)生其表面上會產(chǎn)生電荷電荷; 當外力去掉后當外力去掉后, 其又重新恢復到不帶其又重新恢復到不帶電狀態(tài)，電狀態(tài)， 這種現(xiàn)象稱正壓電效應這種現(xiàn)象稱正壓電效應。當作用力方向改變時, 電荷的極性也隨之改變。 這種機械能轉為電能的現(xiàn)象, 稱為“正壓正壓電效應電效應” 。 在壓電材料的兩個電極面上加以交流電壓，在壓電材料的兩個電極面上加以交流電壓，壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象, ,稱

30、為“逆壓電效應”（電致伸縮效應）。可將電能轉換為機械能。具有壓電效應的材料稱為壓電材料, 壓電材料能實現(xiàn)機電能量的相互轉換。_y逆壓電效應正壓電效應 在自然界中大多數(shù)晶體具有壓電效應, 但壓電效應十分微弱。隨著對材料的深入研究, 發(fā)現(xiàn)石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。 壓電效應表達式壓電效應表達式QdFd-壓電系數(shù)； F外作用力為了使用方便，常用壓電應變常數(shù)，則有ijjqd 物理意義：在短路條件下，單位應力所產(chǎn)生的電荷密度ijd二、壓電材料明顯呈現(xiàn)壓電效應的敏感功能材料叫壓電材料壓電材料可以分為兩大類: 壓電晶體和壓電陶瓷 。 壓電材料的主要特性參數(shù)有: （1） 壓電常數(shù):

31、壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應強弱的參數(shù), 它直接關系到壓電輸出的靈敏度。 （2） 彈性常數(shù):壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。 （3） 介電常數(shù):對于一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數(shù)有關; 而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。 （4） 機械耦合系數(shù):在壓電效應中, 其值等于轉換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數(shù)。 （5） 電阻壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏, 從而改善壓電傳感器的低頻特性。（6） 居里點壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。 1、單晶體、單晶體 石英晶體是

32、單晶體結構。它是一個正六面體，有右旋和左旋晶體之分，外形互為鏡像對稱。 石英晶體各個方向的特性是不同的。在直角坐標系中，它有三個軸。 電軸（X軸）：平行于相鄰柱面內夾角的等分線棱線，垂垂直于此軸面上直于此軸面上的壓電效應最的壓電效應最強。強。機械軸（Y軸）：垂直于棱柱面。在電場（沿在電場（沿X向作用下，沿該軸方向的機械變形最向作用下，沿該軸方向的機械變形最大。大。光軸（Z軸）：垂直于XY。光線沿該軸通過石英晶體時，無折射，在此方向加外力，無壓電效應現(xiàn)象 。結論：通常把沿電軸x 方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應”, 而把沿機械軸y 方向的作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效

33、應”。 而沿光軸z 方向受力時不產(chǎn)生壓電效應。2、力與電荷的關系、力與電荷的關系 若從晶體上沿 y 方向切下一塊如圖 所示晶片, 當在電軸方向施加作用力時, 在與電軸 x 垂直的平面上將產(chǎn)生電荷, 其大小為 qx = d11 fx 式中: d11x方向受力的壓電系數(shù); fx作用力產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸無關。縱向壓電效應。 沿機械軸y方向施加作用力fy, 則仍在與x軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷qx ,其大小為yyxFhldFhldq1112式中: d12y軸方向受力的壓電系數(shù), d12=d11; l、 h晶體切片長度和厚度。產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關。產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關。壓電效應為橫向壓電效應。壓電

34、效應為橫向壓電效應。 3、壓電效應的物理解釋、壓電效應的物理解釋 石英晶體sio2，3個硅離子Si4+離子, 6個氧離子O2-。兩兩成對。微觀分子結構為一個正六邊形。垂直于X軸端面有無數(shù)個此分子結構。 （1）未受外力作用時, 正、負離子正好分布在正六邊形的頂角上, 形成三個互成120夾角的電偶極矩P1、 P2、P3。 如圖 a所示。 P1+ P2+P3=0。正負電荷中心重合，晶體垂直X軸表面不產(chǎn)生電荷。呈中性。（2）受x軸方向的壓力作用時, 晶體沿x方向將產(chǎn)生壓縮變形, 正負離子的相對位置也隨之變動。如圖 （b）所示, 此時正負電荷重心不再重合, 電偶極矩在x方向上的分量由于P1的減小和P2、

35、P3的增加而不等于零, 即（P1+P2+P3） 0 。 在x軸的正方向出現(xiàn)負電荷, 電偶極矩在y方向上的分量仍為零, 不出現(xiàn)電荷。（3）受到沿y軸方向的壓力作用時, 晶體的變形如圖（c）所示， P1增大, P2、P3 減小。 在垂直于x軸正方向出現(xiàn)正電荷, 在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。石英最明顯的優(yōu)點是它的介電和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好，適于做工作溫度范圍很寬的傳感器。石英晶體的機械強度很高，可用來測量大量程的力和加速度。天然石英的穩(wěn)定性很好，但資源少并且大多存在一些缺陷。故般只用在校準用的標準傳感器或精度很高的傳感器中。 2.多晶體的壓電特性多晶體的壓電特性 （1）壓電陶瓷的極化未加電場 壓電陶瓷

36、是人工制造的多晶體壓電材料。 材料內部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇, 它有一定的極化方向, 從而存在電場。在無外電場作用時, 電疇在晶體中雜亂分布, 它們的極化效應被相互抵消, 壓電陶瓷內極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性, 不具有壓電性質。 加電場 電疇方向發(fā)生轉動, 趨向于按外電場方向的排列, 從而使材料得到極化。外電場愈強, 就有更多的電疇更完全地轉向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度, 即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時, 外電場去掉后, 電疇的極化方向基本不變, 即剩余極化強度很大, 這時的材料具有壓電特性。 （ 2）壓電陶瓷力與電荷的關系 當陶瓷材料

37、受到外力作用時, 電疇的界限發(fā)生移動, 電疇發(fā)生偏轉, 從而引起剩余極化強度的變化, 因而在垂直于極化方向的平面上將出現(xiàn)極化電荷的變化。這種因受力而產(chǎn)生的由機械效應轉變?yōu)殡娦? 將機械能轉變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象, 就是壓電陶瓷的正壓電效應。電荷量的大小與外力成正比關系: 33qd 壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多, 所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關, 它的參數(shù)也隨時間變化, 從而使其壓電特性減弱。 最早使用的壓電陶瓷材料是鈦酸鋇（BaTiO3）。它是由碳酸鋇和二氧化鈦按一定比例混合后燒結而成的。它的壓電系數(shù)約為石英的50倍,

38、但使用溫度較低, 最高只有70, 溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。 目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛（PZT系列）, 它是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（PbZrO3）組成的Pb（ZrTi）O3。它有較高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度。 鈮鎂酸鉛是 20 世紀 60 年代發(fā)展起來的壓電陶瓷。 它由鈮鎂酸鉛(Pb（Mg Nb ）O3)、 鋯酸鉛(PbZrO3)和鈦酸鉛(PbTiO3)按不同比例配成的不同性能的壓電陶瓷, 具有極高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度, 而且能承受較高的壓力。 三、 壓電元件的常用結構形式1、壓電元件的基本變形(一)厚度變形(TE方式)石英晶體的縱向壓電效應，產(chǎn)生的表面電荷密

39、度為1111qd(二)長度變形(LE方式)利用石英品體的橫向壓電效應，表面電荷的計算式為1122qd(三)面剪切變形(FS方式)11442255qdqdX切晶片Y切晶片厚度剪切變形(TS方式)2266qdY切晶片（四）彎曲變形(BS方式)它不是基本變形方式，而是拉、壓、切應力共問作用的結果。根據(jù)具體俏況選擇合適的壓電常數(shù)。2、壓電材料并聯(lián)和串聯(lián)兩種接法、壓電材料并聯(lián)和串聯(lián)兩種接法1、并聯(lián)方式nqqUUnCC特點：輸出電荷特點：輸出電荷大，時間常數(shù)大，大，時間常數(shù)大，適合測慢速信號，適合測慢速信號，以電荷為輸出的以電荷為輸出的場合。場合。2、串聯(lián)方式qqnUUnCC特點：輸出電壓大，電容、時間常

40、數(shù)小，適合以電壓為輸出，高輸入阻抗的場合。注意：為使壓電片電荷與力之間成線性關系，壓電片需有一定的預壓力，保證接觸面均勻接觸。四、等效電路與測量電路1、 壓電式傳感器的等效電路壓電式傳感器的等效電路壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，因此可以構成一個電容器，晶體上聚集正負電荷的兩表面相當于電容的兩個極板, 極板間物質等效于一種介質, 則其電容量為：0raSC 壓電傳感器也可以壓電傳感器也可以等效為一個電荷源等效為一個電荷源與一個電容并聯(lián)與一個電容并聯(lián)。壓電元件受外力時，兩表面產(chǎn)生等量的正負電荷，壓電元件的開路電壓為：aQUC(a)電荷源壓電傳感器也可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源。

41、壓電傳感器也可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源。電壓源電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關系為：quakkC2、 壓電式傳感器的測量電路壓電式傳感器的測量電路 測量時，需把壓電傳感器用電纜接于前置放大器，前置放大器作用前置放大器作用： 一是放大傳感器輸出的微弱信號 二是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗（1）、電壓放大器）、電壓放大器等效電阻/aiRRR等效電容aiCCCaiaiR RRRsinsinmmadFutUtC在力作用下產(chǎn)生的電壓：1111()11aiaaRj CRj RCj CUuuj R CCRj Cj CRj C送入放大器輸入端的電壓為：sin1()sin1()maaamadFtj R

42、CCj R CCj RdFtj R CC222)(1ciamimCCCRRdFU幅值為與作用力之間的相位差為( )arctan()2aicCCC R 2221()imumaicUdKFCCCR傳感器電壓靈敏度為1R高頻imimaicdFUCCC為定值。1R低頻較大，輸出電壓很小，不宜測。當要使電壓靈敏度為常數(shù)，應使壓電片與前置當要使電壓靈敏度為常數(shù)，應使壓電片與前置放大器的連接導線為定長，以保證放大器的連接導線為定長，以保證CC不變。不變。壓電式傳感器的高頻響應很好。壓電式傳感器的高頻響應很好。（2）. 電荷放大器電荷放大器看作是電荷負反饋電路電荷放大器等效電路圖電荷放大器等效電路圖iFQQQ

43、凈輸入電荷反饋電容上電荷為000)()FiffUQUU CU CA （0(1)fUACA fffiiCQCACAQUUACACQAUCCuQ)1 ()1 (000特點：輸出電壓與電纜電容特點：輸出電壓與電纜電容CC無關，即與電纜無關，即與電纜長度無關，更換電纜不影響傳感器靈敏度，且長度無關，更換電纜不影響傳感器靈敏度，且輸出電壓與輸出電荷成正比。輸出電壓與輸出電荷成正比。五、壓電式傳感器的應用五、壓電式傳感器的應用1、 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器（1）、結構 壓電片用高壓電系數(shù)的壓電陶瓷制成。兩個壓電片并聯(lián)。質量塊用高比重的金屬塊，對壓電元件施加預載荷 它主要由壓電元件、質量塊、預壓

44、彈簧、基座及外殼等組成。 整個部件裝在外殼內, 并用螺栓加以固定。 測量時，將底座與被測量加速度的構件剛性地連接在一起，使質量塊感受與構件完全相同的運動。當構件產(chǎn)生加速度時，質量塊將產(chǎn)生慣性力F1，其方向與加速度方向相反，大小為F1ma。此慣性力與預緊力F0疊加后作用在壓電元件上，使得作用在壓電元件上的壓力F為：010FFFFma壓電元件上產(chǎn)生與加速度a對應的電荷，即11110()Qd FdFma（2）工作原理）工作原理右圖給出了Qf(F)的函數(shù)關系0Q為靜態(tài)工作點的電荷量與ma對應的是電荷的增量 Q11Qdma 工作時，將壓電元件產(chǎn)生的電荷輸出給電荷放大器，則電荷放大器的輸出電壓的增量110

45、ffd maQuCC 由上式可知，電荷放大器的輸出電壓的增量電荷放大器的輸出電壓的增量 與加速度與加速度a成正比。因此，只要將成正比。因此，只要將測出，即可測出構件的加速度測出，即可測出構件的加速度。 如果在電路中增加一級或兩級積分電路，則還可測出構件的速度或位移量。0u0u 2、 壓電式玻璃破碎報警器壓電式玻璃破碎報警器 檢測原理:它利用壓電元件對振動敏感的特性來感知玻璃受撞擊和破碎時產(chǎn)生的振動波。傳感器把振動波轉換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報警系統(tǒng)。 檢測時傳感器用膠粘貼在玻璃上, 然后通過電纜和報警電路相連。 帶通濾波使玻璃振動頻率范圍內的輸出電壓信號通過，其它

46、頻段的信號濾除。 比較器作用是當傳感器輸出信號高于設定的閾值時, 輸出報警信號, 驅動報警執(zhí)行機構工作。如進行聲光報警。 3、 壓電式測力傳感器壓電式測力傳感器 傳感器上蓋為傳力元件傳感器上蓋為傳力元件, 當外力作用當外力作用時時, 它將產(chǎn)生彈性變形它將產(chǎn)生彈性變形, 將力傳遞到石英將力傳遞到石英晶片上。兩片石英晶體采用并聯(lián)方式，晶片上。兩片石英晶體采用并聯(lián)方式，一根引線兩壓電片中間的金屬片上，另一根引線兩壓電片中間的金屬片上，另一端直接與上蓋相接。利用其縱向壓電一端直接與上蓋相接。利用其縱向壓電效應效應, 實現(xiàn)力實現(xiàn)力電轉換。電信號通過接電轉換。電信號通過接頭輸出?？蓽y動態(tài)力。頭輸出?？蓽y動

47、態(tài)力。 注意：上蓋與石英晶體間應有一定注意：上蓋與石英晶體間應有一定的預壓力。的預壓力。4、 壓電式金屬加工切壓電式金屬加工切削力測量削力測量 由于壓電陶瓷元件的自振頻率高, 特別適合測量變化劇烈的載荷。圖中壓電傳感器位于車刀前部的下方, 當進行切削加工時, 切削力通過刀具傳給壓電傳感器, 壓電傳感器將切削力轉換為電信號輸出, 記錄下電信號的變化便測得切削力的變化。 4.5 諧振式壓力傳感器諧振式壓力傳感器 基于機械諧振技術，以諧振元件作為敏諧振元件作為敏感元件而實現(xiàn)的傳感器稱為諧振式傳感器感元件而實現(xiàn)的傳感器稱為諧振式傳感器，它利用壓力壓力變化來改變物體的諧振頻率諧振頻率，從而通過測量頻率變

48、化來間接測量壓力間接測量壓力。 按振動部分的結構形狀，如筒狀、膜片狀、弦絲狀、音叉狀等，可以分為振弦式、振動筒式、振動膜式等類型。 基本原理 ： 機械式諧振傳感器將被測量轉換為物體的機械諧振頻率，其中振動的部分稱為振子。振子的諧振頻率f可表示為 由上式可見，振子的諧振頻率f與其剛度k和等效振動質量m有關。假設其初始諧振頻率為f0。那么，如果振子受力或其中的介質質振子受力或其中的介質質量發(fā)生變化量發(fā)生變化，則導致振子的等效剛度或等效等效剛度或等效振動質量等發(fā)生變化振動質量等發(fā)生變化，從而導致其諧振頻率發(fā)生變化。12kfm諧振傳感器的工作過程：諧振傳感器的工作過程： 由激振元件激發(fā)振子振動，由拾振

49、元件檢測振子的振動頻率，此外將振動頻率信號經(jīng)放大器放大后輸送到激振元件電形成閉環(huán)系統(tǒng)，以維持振子持續(xù)振動。如右圖所示*特點特點 (1)輸出為周期信號，被測量能夠通過檢測周輸出為周期信號，被測量能夠通過檢測周期信號算出來，使得諧振式傳感器便于與計期信號算出來，使得諧振式傳感器便于與計算機連接，便于遠距離傳輸。算機連接，便于遠距離傳輸。 (2)諧振式傳感器是一個閉環(huán)系統(tǒng)，處于諧振諧振式傳感器是一個閉環(huán)系統(tǒng)，處于諧振狀態(tài)，使得該類傳感器的輸出自動跟隨輸入。狀態(tài)，使得該類傳感器的輸出自動跟隨輸入。 (3)諧振式傳感器的敏感元件即諧振子固有的諧振式傳感器的敏感元件即諧振子固有的諧振特性歹決定其具有高的靈

50、敏度和分辨率。諧振特性歹決定其具有高的靈敏度和分辨率。 (4) 系統(tǒng)的功耗是很小的，因此該類傳感器的系統(tǒng)的功耗是很小的，因此該類傳感器的抗干擾性好、穩(wěn)定性好抗干擾性好、穩(wěn)定性好。 測量電路測量電路： 檢測頻率的諧振式傳感器，其輸出頻率就是傳感器閉環(huán)系統(tǒng)的輸出方波信號的頻率。信號頻率的測量方法主要有兩種：頻率法頻率法和周期法周期法。 周期測量法是測量重復信號完成一個循環(huán)所需的時間。 周期法的測量電路如下圖所示：諧振式傳感器的應用舉例諧振式傳感器的應用舉例 螺釘螺釘夾緊夾緊機構機構諧振弦諧振弦軟鐵片軟鐵片磁鐵線磁鐵線圈組件圈組件膜片膜片1.振弦式壓力傳感器振弦式壓力傳感器 當用一組磁鐵線圈組件構成

51、弦的激勵器時，下夾塊和膜片相連而感受壓力p使得拉緊力由初始的T0變?yōu)門，測量固有頻率即可測量壓力p。振筒式壓力傳感器振筒式壓力傳感器 其敏感元件是均勻薄壁的振動筒，振動筒的固有頻率與筒的形狀、大小、材料彈性模量、筒的應力和筒周圍介質的性質有關，通過測量固有頻率來測量氣體的壓力。 放大器放大器輸出頻率輸出頻率應變片應變片膜片膜片諧振電諧振電磁線圈磁線圈參考腔參考腔P諧振膜式壓力傳感器諧振膜式壓力傳感器周邊固定圓平膜片是諧振彈性敏感元件，在膜片中心處安裝激振電磁線圈，膜片的邊緣貼有半導體應變片用以拾取其振動，在傳感器的基座上安裝有引壓管嘴，傳感器的參考壓力腔和被測壓力腔以膜片隔開。它是利用振膜的固

52、有頻率隨被測壓力而變化來測量壓力。石英音叉諧振傳感器石英音叉諧振傳感器膜片膜片音叉音叉壓電壓電元件元件P 是利用石英晶體的是利用石英晶體的壓電效應和諧振特性而壓電效應和諧振特性而構成的。構成的。 工作壓力P均勻地作用于膜片上，膜片又傳給音叉使音叉的頻率發(fā)生變化，音叉上貼的壓電元件一為激振器，一為拾振器。課堂練習課堂練習1. 將力學量轉換成電壓、電流等電信號形將力學量轉換成電壓、電流等電信號形式的傳感器稱為（式的傳感器稱為（ ） A力敏傳感器光電傳感器力敏傳感器光電傳感器智能傳感器電阻傳感器智能傳感器電阻傳感器2. 將力學量轉換成電壓、電流等電信號形將力學量轉換成電壓、電流等電信號形式的是（式的

53、是（ ） A力敏傳感器力敏傳感器 磁敏傳感器磁敏傳感器電量傳感器電量傳感器 光電傳感器光電傳感器3. 提高彈性敏感元件的固有振動頻率會導提高彈性敏感元件的固有振動頻率會導致其靈敏度（致其靈敏度（ ） A不變提高不變提高 .變好變好 降低降低4. 微應變式傳感器依據(jù)的基本效應是（微應變式傳感器依據(jù)的基本效應是（ ） A磁電效應壓電效應磁電效應壓電效應 壓阻效應光電效應壓阻效應光電效應5. 固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為（象稱為（ ） A電壓效應電壓效應 壓阻效應壓阻效應 磁阻效應磁阻效應 力阻效應力阻效應6. 彈性敏感元件的靈敏度和線性度有相互彈性敏感

54、元件的靈敏度和線性度有相互矛盾的問題，提高靈敏度，線性度會矛盾的問題，提高靈敏度，線性度會（ ） A變差變差 變好變好 不變不變 不能確定不能確定7. 彈性滯后的主要原因是材料內部存在的彈性滯后的主要原因是材料內部存在的分子間（分子間（ ） A吸引力吸引力 排斥力排斥力 相容性相容性 內摩擦內摩擦8. 下列傳感器屬于力敏傳感器的是（下列傳感器屬于力敏傳感器的是（ ） A光敏二極管磁敏二極管光敏二極管磁敏二極管 壓電傳感器光電傳感器壓電傳感器光電傳感器9. 在彈性變形范圍內，輸入量逐漸增加的在彈性變形范圍內，輸入量逐漸增加的過程稱為（過程稱為（ ） A卸載特性卸載特性 彈性滯后彈性滯后 加載特性

55、加載特性 彈性蠕變彈性蠕變10. 電阻應變片會使所測量應變數(shù)值偏小電阻應變片會使所測量應變數(shù)值偏小的現(xiàn)象稱為（的現(xiàn)象稱為（ ） A熱電效應光電效應熱電效應光電效應應變效應橫向效應應變效應橫向效應11. 具有壓電效應的物體稱為（具有壓電效應的物體稱為（ ） A磁電材料磁電材料 光電材料光電材料 壓電效應壓電效應 壓電材料壓電材料12. 彈性敏感元件的彈性后效容易引起的彈性敏感元件的彈性后效容易引起的測量誤差是（測量誤差是（ ） A穩(wěn)定性誤差穩(wěn)定性誤差 重復性誤差重復性誤差 線性度誤差線性度誤差 靈敏度誤差靈敏度誤差13. 彈性敏感元件特性中和彈性后效、蠕彈性敏感元件特性中和彈性后效、蠕變同時發(fā)生

56、的是（變同時發(fā)生的是（ ） A剛度剛度 柔度柔度 彈性滯后彈性滯后 振動頻率振動頻率判斷改錯判斷改錯14.應變片式壓力傳感器僅能對壓力進行應變片式壓力傳感器僅能對壓力進行測量。測量。 （ ）15.電阻應變片式傳感器可以對位移、加電阻應變片式傳感器可以對位移、加速度、壓力等進行測量。速度、壓力等進行測量。 （ ）16.石英音叉諧振傳感器是利用石英晶體石英音叉諧振傳感器是利用石英晶體的壓電效應和諧振特性制成的。的壓電效應和諧振特性制成的。 （ ）17.鈦酸鋇壓電陶瓷可用于制備光電傳感鈦酸鋇壓電陶瓷可用于制備光電傳感器。器。 （ ）18.壓電式壓力傳感器是根據(jù)壓電效應原壓電式壓力傳感器是根據(jù)壓電效應

57、原理制成的。理制成的。 （ ）19.力敏傳感器可以對力、力矩、壓力等力敏傳感器可以對力、力矩、壓力等進行測量。進行測量。 （）（）20.壓電式壓力傳感器是根據(jù)晶體的壓電壓電式壓力傳感器是根據(jù)晶體的壓電效應制成的。效應制成的。 （ ）21. 諧振傳感器可以測量壓力、頻率等參諧振傳感器可以測量壓力、頻率等參量。量。 （ ）填空題填空題22.壓電式傳感器的工作原理是以晶體壓電式傳感器的工作原理是以晶體的的 效應為理論依據(jù)。效應為理論依據(jù)。23.電阻應變片的工作原理是基于金屬電阻應變片的工作原理是基于金屬的的 效應。效應。24.壓電傳感器的工作原理是以壓電傳感器的工作原理是以 的的壓電效應為理論依據(jù)。

58、壓電效應為理論依據(jù)。25.彈性敏感元件的剛度是彈性敏感元件的剛度是 的倒的倒數(shù)。數(shù)。26.彈性彈性 和彈性后效及蠕變和彈性后效及蠕變是彈性敏感元件的兩個基本特性是彈性敏感元件的兩個基本特性.27.金屬應變片的彎曲半徑越大金屬應變片的彎曲半徑越大,其其 效效應也越大。應也越大。28.固體受到作用力后固體受到作用力后 發(fā)生變發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為固體的壓阻效應。化的現(xiàn)象稱為固體的壓阻效應。2 9 . 諧 振 傳 感 器 中 的 振 動 部 分 稱諧 振 傳 感 器 中 的 振 動 部 分 稱為為 。30.應變片的敏感元件是應變片的敏感元件是 。31.壓電式傳感器的工作原理是以晶壓電式傳感器的工作原理是

59、以晶體的體的 為理論基礎。為理論基礎。32.金屬應變片的工作原理是基于金金屬應變片的工作原理是基于金屬的屬的 。3 3 . 在 彈 性 元 件 的 基 本 特 性 中在 彈 性 元 件 的 基 本 特 性 中 , 和柔度互為倒數(shù)。和柔度互為倒數(shù)。34. 壓電式傳感器的工作原理壓電式傳感器的工作原理是以晶體的是以晶體的 為理論依據(jù)。為理論依據(jù)。 35. 電阻應變片的彎曲半徑越電阻應變片的彎曲半徑越大，大， 效應也越大。效應也越大。36.微應變式傳感器依據(jù)的基本微應變式傳感器依據(jù)的基本效應是效應是 。名詞解釋名詞解釋37.正壓電效應正壓電效應: 某些物質在沿一定方某些物質在沿一定方向受到壓力或拉力

60、作用而發(fā)生改變向受到壓力或拉力作用而發(fā)生改變時在表面會產(chǎn)生電荷，除去外力后時在表面會產(chǎn)生電荷，除去外力后又重新回到不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象又重新回到不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象.38.電致伸縮效應電致伸縮效應: 在壓電材料的兩個電在壓電材料的兩個電極面上加以交流電壓，壓電片在電極面上加以交流電壓，壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象極方向上有伸縮的現(xiàn)象. 39.彈性滯后彈性滯后: 在彈性形變范圍內，加載特彈性形變范圍內，加載特性與卸載特性不重合的現(xiàn)象性與卸載特性不重合的現(xiàn)象.40.壓阻效應壓阻效應: 固體受到作用力后電阻率固體受到作用力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象發(fā)生變化的現(xiàn)象.41.彈性敏感元件的基本特性有哪些？彈性敏感元