傳感器與檢測(cè)技術(shù)第六講1

1、第四節(jié) 壓電式傳感器 工作原理壓電效應(yīng)常用材料及材料的選擇測(cè)量電路應(yīng)用壓電式傳感器的工作原理壓電式傳感器是以某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器?？蓽y(cè)量能變換為力的各種物理量。壓電效應(yīng)：某些晶體在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)的在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷 ；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。石英晶體的壓電效應(yīng)是二氧化硅單晶，屬于六角晶系。石英晶體優(yōu)點(diǎn)：它的介電常數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性很好；工作溫度范圍很寬；機(jī)械強(qiáng)度高，可承受108Pa的壓力；在沖擊作用下，漂移也很??；彈性系數(shù)較

2、大?？捎糜跍y(cè)量大量程的力和加速度壓電陶瓷的壓電效應(yīng)是一種多晶體電體，具有電疇結(jié)構(gòu)的壓電材料。電團(tuán)是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向。壓電材料及壓電元件的結(jié)構(gòu)選擇壓電材料的原則常用的壓電材料壓電元件的常用結(jié)構(gòu)選擇壓電材料的原則具有較大的壓電常數(shù)壓電元件的機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大并具有較高的固有振動(dòng)頻率。具有高的電阻率和較大的介電常數(shù)，以期減少電荷的泄露以及外部分布電容的影響，獲得良好的低頻特性。具有較高的居里點(diǎn)。（壓電性能破壞時(shí)的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)）壓電材料的壓電特性不隨時(shí)間蛻變，有較好的時(shí)間穩(wěn)定性。常用的壓電材料石英晶體水溶性壓電材料（酒石酸鉀鈉、硫酸鋰、磷酸二氫鉀等）鈮酸鋰晶體壓電陶瓷（鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷）壓電半導(dǎo)體高分子壓電材料壓電元件的常用結(jié)構(gòu)在壓電式傳感器中，常用兩片或多片組合在一起使用。常有并聯(lián)和串聯(lián)兩種接法壓電式傳感器的測(cè)量電路壓電式傳感器的等效電路：壓電傳感器在受外力作用時(shí)，在兩個(gè)電極表面聚集電荷，電荷 量相等，極性相反，相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料 為電介質(zhì)的電容器。其電容量為：C0=0 A/d電荷源電壓源壓電式傳感器的測(cè)量電路壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高.而輸出的信號(hào)微弱。要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端有足夠高的阻抗，防止電荷迅速泄露而使測(cè)量誤差減小。其測(cè)量電路有兩種：電壓放大器和電荷放大器壓電式傳感器的應(yīng)用壓電