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压电式传感器

博尔塔拉职业技术学院

学习目标

C压电式传感器的实际应用

B

压电式传感器的工作原理

A压电式传感器的定义

任务一压电式传感器的定义

压电式传感器:

广义的讲,凡是利用压电材料各种物理效应构成的传

感器,都可以称为压电式传感器,压电式传感器在各

种动态力,机械冲击与振动测量以及声学,力学,医

学,宇航等领域中得了广泛应用。

例如:用测量发动机内部燃烧压力与真空度,枪炮子

弹在膛中击发的一瞬间膛压的变化和炮口的冲击波压

力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微

小的压力,压电式传感器也广泛应用在生物医学检测

中,比如说心室导管式微音器就是由压电式传感器制

成的。

任务一压电式传感器的工作原理

压电式传感器的工作原理:

是基于某些电介质材料的压电效应,当介质材料受力

作用而变形时,其表面会产生电荷,由此而实现非电

量测量。压电式传感器不能用于静态测量,因为经过

外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻

抗时才得到保存,所以这决定了压电式传感器只能够

测量动态的应力。

压电式传感器无静态输出,要求有很高的电输出阻抗,

需用低电容的低噪声电缆。

任务二压电式传感器的工作原理

压电式传感器的主要应用:

压电材料包括石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢铵。其中

石英(二氧化硅)是一种天然晶体,在一定的温度范围

之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,

压电性质完全消失。由于随着应力的变化电场变化微

小,所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。

压电陶瓷的压电系数比石英的大得多,所以采用压电

陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。极化处理后

的压电陶瓷材料的剩余极化强度和特性与温度有关,

它的参数也随时间变化,从而使其压电特性减弱。

任务二压电式传感器的工作原理

最早使用的压电陶瓷材料是钛酸钡(BaTiO3)。它

是由碳酸钡和二氧化钛按一定比例混合后烧结而成

的。压电系数约为石英的50倍,但使用温度较低,

最高只有70°C,温度稳定性和机械强度都不如石

英。

目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅(PZT系

列),它是钛酸钡(BaTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)组

成的Pb(ZrTi)O3。它有较高的压电系数和较高的

工作温度。

任务二压电式传感器的工作原理

压电式传感器的工作原理:

○基于压电效应,但压电式传感器不能用于静态测量,这是因为当外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存,这实际上是不可能的,所以压电元件

不能用于静态测量。而在交变力的作用下,电荷可以不断补充,瞬时的电荷输出正比于外部作用力,故能用于动态测量。

压电式传感器的应用:

○目前它们已经在工业、民用和军事方面得到广泛应用,但其中用得最多的还是力敏类型。压电式传感器在测量低压力时线性度不好,主要是传感器受力系统中力传递系数

非线性所致。

任务二压电式传感器的工作原理

利用压电元件受到冲击能产生电荷的现象,能将压电元件用来点火。

任务三压电式传感器的实际应用

压电式力传感器在直接测量拉力时,通常

采用双片或多片石英晶体做压电元件。

结构图:

压力式单向测力传感器由石英晶片、基座、

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