《传感器与检测技术》第五章压变式传感器精选.ppt

（2）测量应变的传感器 在日字形铁芯凸起在外的中间铁舌上绕上绕组，使用时将它粘在被测应变的工件表面，使其整体与被测工件同时发生变形，从而引起铁芯中磁导率改变、导致电感值改变。 这种结构也可在铁舌上绕两个绕组做成变压器形传感器，常称为互感型压磁应变片。 3．测量二个方向变化的传感器 两个方向产生磁导率的变化的压磁式传感器 常用来测量几万牛顿的压力， 耐过载能力强，线性度3%-5%。 作业与思考题 1．什么是压电效应？以石英晶体为例说明压电晶体是怎样产生压电效应的？ 2．常用的压电材料有哪些？各有哪些特点？ 3．压电式传感器能否用于静态测量？为什么？ 4．某压电式压力传感器的灵敏度为8X10-4pC/Pa，假设输入压力为300kPa时的输出电压式1V，试确定传感器总电容量。 5．用压电式加速度计及电荷放大器测量振动，若传感器灵敏度为7pC/g（g为重力加速度），电荷放大器灵敏度为100mV/pC，试确定输入3g加速度时系统的输出电压。 6．用压电式传感器和电荷放大器测量某种机器的振动，已知传感器的灵敏度为100pG/g，电荷放大器的反馈电容Cf=0.01uF，测得输出电压峰值为Uom=0.4V，振动频率为100Hz。 求机器振动的加速度最大值am(m/s2)；2）假定振动为正弦波，求振动的速度v(t)；3）求出振动的幅度的最大值xm0 7．根据图所示石英晶体切片上的受力方向，标出晶体切片上产生电荷的符号。 8．压电式传感器测量电路的作用是什么？其核心是解决什么问题？ 9．一压电式传感器的灵敏度K1=10pC/mPa，连接灵敏度K2=0.008V/pC的电荷放大器，所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm/V，当压力变化Δp=8mPa时，纪录笔在记录纸上的偏移为多少？ 10．某加速度计的校准振动台，它能作50HZ和1g的振动，今有压电式加速度计出厂时标出灵敏度K=100mV/g，由于测试要求需加长导线，因此要重新标定加速度计灵敏度，假定所用的阻抗变换器放大倍数为1，电压放大器放大倍数为100，标定时晶体管毫伏表上指示为9.13Ｖ。试画出标定系统的框图，并计算加速度计的电压灵敏度。 11．什么是压磁效应？ 12．与其他测量压力的传感器相比压磁传感器有什么特点？ 13．通过一个实例说明压磁式传感器的应用。 第五章 压变式传感器 5.1 压电式传感器 5.2 压磁式传感器 第一节 压电式传感器 压电式传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等各种动态力、机械冲击与振动的测量。 压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点 一、压电传感器工作原理 1．压电效应 某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，其内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，其又重新恢复到不带电状态，当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变，这种现象称压电效应。又叫顺压电效应）。 反之，当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失。这个现象叫做逆压电效应，又叫电致伸缩效应。 在自然界中许多物质具有压电效应和你压电效应，常见的有石英晶体、压电陶瓷等。 2．石英晶体 石英晶体化学式为SiO2,是一个正六面体。 英晶体各个方向的特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的x轴称为电轴，与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。 通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴y方向的作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；而沿光轴z方向受力时不产生压电效应。 （1）石英晶体的压电效应 1）石英晶体未受外力作用，此时正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零，P1+P2+P3=0，所以晶体表面不产生电荷，即呈中性。 2）当石英晶体受到沿x轴方向的压力fx作用时，X轴P1减小和P2、P3的增加，即：（P1+P2+P3)x0。在Y、Z方向上的分量为零，可见，在X轴的正向出现正电荷，在Y、Z轴方向则不出现电荷。 3）当晶体受到沿y轴方向的压力fy作用时，P1增大，P2、P3减小，即：（P1+P2+P3)x0。在x轴上出现电荷，它的极性为x轴正向为负电荷。在y轴方向上不出现电荷。当作用力fy的方向相反时，电荷的极性也随之改变。 4）如果沿z轴方向施加作用力，因为晶体在x方向和y方向所产生的形变完全相同，所以正负电荷重心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。这表明沿z轴方向施加作用力，晶体不会产生压电效应。 “⊕”代表Si4+离子，“ ”代表氧离子O2- （a）不受力时 （b）x轴方向受力时 （c）y轴方