傳感器與檢測技術第六講

傳感器與檢測技術第六講第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六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生電荷的壓電效應為轉換原理的傳感器?？蓽y量能變換為力的各種物理量。壓電效應：某些晶體在一定方向受到外力作用時，內部將產生極化現(xiàn)象，相應的在晶體的兩個表面產生符號相反的電荷；當外力作用除去時，又恢復到不帶電狀態(tài)。當作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六石英晶體的壓電效應是二氧化硅單晶，屬于六角晶系。第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六石英晶體優(yōu)點：它的介電常數和壓電常數的溫度穩(wěn)定性很好；工作溫度范圍很寬；機械強度高，可承受108Pa的壓力；在沖擊作用下，漂移也很小；彈性系數較大。可用于測量大量程的力和加速度第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電陶瓷的壓電效應是一種多晶體電體，具有電疇結構的壓電材料。電團是分子自發(fā)形成的區(qū)域，它有一定的極化方向。第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電材料及壓電元件的結構選擇壓電材料的原則常用的壓電材料壓電元件的常用結構第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六選擇壓電材料的原則具有較大的壓電常數壓電元件的機械強度高、剛度大并具有較高的固有振動頻率。具有高的電阻率和較大的介電常數，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。（壓電性能破壞時的溫度轉變點）壓電材料的壓電特性不隨時間蛻變，有較好的時間穩(wěn)定性。第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六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）壓電半導體高分子壓電材料第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電元件的常用結構在壓電式傳感器中，常用兩片或多片組合在一起使用。常有并聯(lián)和串聯(lián)兩種接法第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電式傳感器的測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，在兩個電極表面聚集電荷，電荷量相等，極性相反，相當于一個以壓電材料為電介質的電容器。其電容量為：C0=ε0εA/d電荷源電壓源第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電式傳感器的測量電路壓電傳感器的內阻抗很高.而輸出的信號微弱。要求測量電路的前級輸入端有足夠高的阻抗，防止電荷迅速泄露而使測量誤差減小。其測量電路有兩種：電壓放大器和電荷放大器第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電式傳感器的應用壓電式力傳感器壓電式壓力傳感器壓電式加速度傳感器第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電式力傳感器第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期六壓電式壓力傳感器第十四頁，共十六頁，編輯于