传感器及RFID技术应用（第二版）力和压力测量.ppt

二、压电式传感器一）压电式传感器基本工作原理其实，这是压电材料中的压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，故可用于制造压电打火机、移动X光机电源、炮弹引爆装置等。二、压电式传感器一）压电式传感器基本工作原理压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。逆压电效应（电致伸缩效应）：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的现象。压电体是发射和接收超声波的理想材料。F石英晶体压电效应演示力的方向改变时，电荷的符号也随之改变，外力去掉后，电荷消失。二、压电式传感器一）压电式传感器基本工作原理分类石英晶体：单晶压电晶体—天然存在。压电陶瓷：极化的多晶压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸钡等—人工制造。有机高分子压电材料：近年来发展的新型材料。常用压电材料性能石英晶体天然形成的石英晶体外形石英晶体薄片石英晶体切片及封装双面镀银及封装高分子压电薄膜及拉制压电材料特性指标弹性常数压电系数介电常数电阻机械耦合系数居里点二、压电式传感器二）压电式传感器基本工作原理压电式传感器可以看作一个电荷发生器。同时，它也是一个电容器，其电容量为：式中：A为压电片的面积；d为压电片的厚度；为压电材料的相对介电常数；为空气的相对介电常数。二、压电式传感器二）压电式传感器基本工作原理因此，压电传感器可以等效为一个与电容器Ca串联的电压源Ua，如图2-12（a）所示；也可以等效为一个与电容器并联的电荷源q，如图2-12（b）所示。电压Ua，电荷量q和电容量Ca这三者的关系为：。图2-12压电传感器等效电路二、压电式传感器二）压电式传感器基本工作原理压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器。图2-14电荷放大器等效电路电压放大器电荷放大器图2-13电压放大器电路原理及其等效电路图二、压电式传感器三）压电式传感器及其应用并联串联目的：提高灵敏度图2-15压电元件的两种接法适用于测量缓慢变化的信号，并以电荷为输出量适用于测量电路有高输入阻抗，并以电压为输出量二、压电式传感器三）压电式传感器及其应用传感器类型转换方式压电材料用途力敏力→电石英、罗思盐、ZnO、BaTiO3、PZT、PMS、电致伸缩材料微拾音器、声纳、应变仪、气体点火器、血压计、压电陀螺、压力和加速度传感器声敏声→电声→压石英、压电陶瓷振动器、微音器、超声波探测器、助听器声→光PbM0O4、PbYiO3、LiNbO3声光效应器件光敏光→电PbTiO3、LiTaO3热电红外线探测器热敏热→电BaTiO3、LiTaO3、PbTiO3、TGS、PZO温度计表2-1压电式传感器的主要应用类型力和压力测量传感器及RFID应用技术力和压力测量电阻应变式传感器1压电式传感器23了解电阻应变式、压电式传感器的基本结构；学习直流电桥的平衡条件，熟悉电阻应变片的温度补偿法。知识要点学会识别电阻应变式传感器，通过实验掌握电阻应变式、压电式传感器的使用方法。技能要点项目目标使用单片集成硅压力传感器MPX5100设计一种简易的压力计。任务目标?现实中有哪些地方需要测力或压力？汽车上汽车安全气囊地磅医疗上：眼压仪、血压计定义和分类力敏传感器，顾名思义就是能对各种力或能转化为力的物理量产生反应，并能将其转变为电参数的装置或元件。根据由力至电参数转变的方式不同，力敏传感器一般有电阻应变式传感器、电位计式传感器、电感式传感器、压电式传感器、电容式传感器等，它们也可用来测量压力值。一、电阻应变式传感器一）什么是力