文档介绍：一、任务描述与分析
本次学习任务是掌握压电传感器的测量原理,测量转换电路及一些应用实例,要求同学们通过实际设计的动手制作掌握压电传感器在力、压力、加速度、位移、振动等方面测量的应用。
任务二压电式传感器在压力测量中的应用
11/12/2017
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压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现非电量电测的目的。
压电传感元件是力敏感元件,它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量,例如动态力、动态压力、振动加速度等,但不能用于静态参数的测量。
压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、信噪比大等特点。由于它没有运动部件,因此结构坚固、可靠性、稳定性高。
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二、相关知识
(一)压电效应的概念
某些物质(物体),如石英、铁酸钡等,当受到外力作用时,不仅几何尺寸会发生变化,而且内部也会被极化,表面上也会产生电荷;当外力去掉时,又重新回到原来的状态。这种现象称之为压电效应——将机械能转换成电能。相反,如果将这些物质(物体)置于电场中,其几何尺寸也会发生变化,这种由外电场作用导致物质(物体)产生机械变形的现象,称之为逆压电效应,或称之为电致伸缩效应——将电能转换成机械能。具有压电效应的物质(物体)称为压电材料(或称为压电元件),压电材料能实现机械能—电能的相互转换,如图5-18所示。
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鸣沙山位于甘肃敦煌市南郊七公里的鸣沙山北麓,面积约200平方公里。游人攀上沙丘,由山顶往下滑,沙砾随人体而落下,也会发出一阵阵轰响,近闻如兽吼雷鸣,远听如神声仙乐。是“郭煌八景”之一,景名“沙岭晴鸣”。
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天然结构的石英晶体呈六角形晶柱,用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时,晶格产生变形,表面产生正电荷,电荷Q与所施加的力F成正比,这种现象称为压电效应。还有一些人造的材料也具有压电效应。
(二) 压电材料的种类
具有实用价值的压电材料基本上可分为三大类:
1. 压电晶体
2. 压电陶瓷
3. 新型压电材料
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当力的方向改变时,电荷的极性随之改变,输出电压的频率与动态力的频率相同;当动态力变为静态力时,电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。
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以石英晶体为例来分析:
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天然形成的石英晶体外形(续)
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石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
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