《自动检测技术 第3版 教学课件 ppt 作者 马西秦 第5章 压电传感器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测技术 第3版 教学课件 ppt 作者 马西秦 第5章 压电传感器（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 压电式传感器,压电式传感器：当外力作用于某些晶体时，发生压电效应，在晶体表面产生电荷，通过检测发电电荷量的大小测出作用力的大小。 可制成力、压力、加速度等传感器。 体积小、轻便、频带宽、灵敏度高。,第一节 压电式传感器原理,压电效应：某些晶体在一定方向上受到外力作用时，内部产生极化现象，相应在晶体的两个表面上产生符号相反的电荷。当外力除去时，电荷消失；当外力反向时，电荷极性也反向。被称为压电效应。,一、压电效应,二、石英晶体的压电效应,石英：二氧化硅单晶， 六角棱柱体， X、Y、Z三个晶轴。,晶体切块,1、X向应力-纵向压电效应,电荷计算：,2、Y向应力横向压电效应,压力,拉力,压力,
2、拉力,分别为两个方向的压电系数。,且：,关于压电效应的 解释：,硅离子,硅离子,硅离子,氧离子,氧离子,氧离子,石英晶体 在X-Y平面 离子分布,X方向受力,Y方向受力,Z方向受力 将不产生压电效应！,三、压电陶瓷的压电效应,压电陶瓷：多晶铁电体，具有电畴（分子自发形成的电场区域）结构的压电材料。正常状态下对外不呈现电荷。 在一定温度下，对压电陶瓷加强电场进行极化处理，内部电畴的排列被人为地规则化，当强电场撤消后，压电陶瓷就具有了压电特性。,多晶铁电体,在强电场中极化,电畴排列规则化,电荷计算：,为纵向压电系数。,取压电材料的极化方向为Z轴,Z受压,Y受压,电荷计算：,极化面面积,受力面面积,
3、且：,第二节 压电材料及压电元件,一、压电材料,要求：1）压电常数大； 2）机械强度高； 3）电阻率大，介电常数大； 4）引起压电效应破坏的温度点（居里点）高； 5）时间稳定性好。,（一）石英晶体 （二）水溶性压电晶体 （三）铌酸锂晶体 （四）压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐、铌镁酸铅） （五）压电半导体 （六）高分子压电材料,二、压电元件,并联 Q=nQ U=U C=nC,串联 Q=Q U=nU C=C/n,第三节 压电传感器的测量电路,一、压电式传感器的等效电路,压电式传感器可以等效为电荷源和压电元件电容器的并联电路；也可以等效为电压源和电容器的串联电路。,其中电容器为：,压电元件极板面积,元件厚度,相对介电常数,二、压电式传感器的测量电路,由：,得：,电缆长度会影响灵敏度！,（一）电压放大器,（二）电荷放大器,忽略三个电阻的影响，输入到运放的电荷：,又,及,（1）,将 、 代入（1）式，得：,灵敏度：,第四节 压电式传感器的应用,（一）压电式力传感器,（二）压电式压力传感器,（三）压电式加速度传感器,基座,基座,压电片,质量块,m,压簧,壳体,
