传感器与检测技术第六讲.ppt

第一页，共十六页，2022年，8月28日 压电式传感器的工作原理 压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。可测量能变换为力的各种物理量。 压电效应：某些晶体在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应的在晶体的两个表面产生符号相反的电荷 ；当外力作用除去时，又恢复到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变，这种现象称为压电效应。 第二页，共十六页，2022年，8月28日 石英晶体的压电效应 是二氧化硅单晶，属于六角晶系。 第三页，共十六页，2022年，8月28日 石英晶体优点： 它的介电常数和压电常数的温度稳定性很好； 工作温度范围很宽； 机械强度高，可承受108Pa的压力； 在冲击作用下，漂移也很小； 弹性系数较大。 可用于测量大量程的力和加速度 第四页，共十六页，2022年，8月28日 压电陶瓷的压电效应 是一种多晶体电体，具有电畴结构的压电材料。电团是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向。 第五页，共十六页，2022年，8月28日 压电材料及压电元件的结构 选择压电材料的原则 常用的压电材料 压电元件的常用结构 第六页，共十六页，2022年，8月28日 选择压电材料的原则 具有较大的压电常数 压电元件的机械强度高、刚度大并具有较高的固有振动频率。 具有高的电阻率和较大的介电常数，以期减少电荷的泄露以及外部分布电容的影响，获得良好的低频特性。 具有较高的居里点。（压电性能破坏时的温度转变点） 压电材料的压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性。 第七页，共十六页，2022年，8月28日 常用的压电材料 石英晶体 水溶性压电材料（酒石酸钾钠、硫酸锂、磷酸二氢钾等） 铌酸锂晶体 压电陶瓷（钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷） 压电半导体 高分子压电材料 第八页，共十六页，2022年，8月28日 压电元件的常用结构 在压电式传感器中，常用两片或多片组合在一起使用。 常有并联和串联两种接法 第九页，共十六页，2022年，8月28日 压电式传感器的测量电路 压电式传感器的等效电路：压电传感器在受外力作用时，在两个电极表面聚集电荷，电荷 量相等，极性相反，相当于一个以压电材料 为电介质的电容器。其电容量为：C0=ε0 εA/d 电荷源 电压源 第十页，共十六页，2022年，8月28日 压电式传感器的测量电路 压电传感器的内阻抗很高.而输出的信号微弱。要求测量电路的前级输入端有足够高的阻抗，防止电荷迅速泄露而使测量误差减小。 其测量电路有两种：电压放大器和电荷放大器 第十一页，共十六页，2022年，8月28日 压电式传感器的应用 压电式力传感器 压电式压力传感器 压电式加速度传感器 第十二页，共十六页，2022年，8月28日