文档介绍：ChapterChapter 55
压电式传感器
Chapter 5 压电式传感器压电式传感器
压电效应
压电材料
压电传感器的测量电路
压电传感器的应用
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Chapter 5 压电式传感器压电式传感器
压电晶体式传感器(Piezo Crystal Sensor)
以电介质的压电效应为基础,在外力的作用下,在
电介质的表面上产生电荷,从而实现非电量测量的
目的。
物性型传感器
有源(发电型)传感器
动画
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压电效应压电式传感器
1880年, Pierre and Jacques Curie 发现了压电效应。
(Piezoeletric Effect)
压电效应
正压电效应(顺压电效应)
逆压电效应(电致伸缩效应)
具有压电效应的材料称为压电材料,压电材料能实现机
—电能量的相互转换。逆压电效应
机械能压电材料电能
正压电效应
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压电效应压电式传感器
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,
内部产生极化现象,同时在它的两个表面上会产生符号
相反的电荷;当外力去掉后,它们又重新回到不带电的
状态。
当作用力方向改变时,电荷极性也随着改变。
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压电效应压电式传感器
逆压电效应(电致伸缩效应)
在电介质的极化方向施加电场,这些电介质也会产生变
形,这种现象称为逆压电效应。
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压电材料压电式传感器
具有压电效应的物体称为压电材料。在自然界中大多数晶体都具
有压电效应,但压电效应十分微弱。随着对材料的深入研究,发
现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
常见的压电材料
天然的石英晶体(piezo crystal)
人工制造的压电陶瓷(piezo ceramics)
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压电材料压电式传感器
石英(SiO2)是一种具有良好压电特性的压电晶体。
它的压电系数为;
− 12
石英晶体的莫氏硬度为 C N × d 11 = ; 10 ( )
熔点为1750ºC;
膨胀系数仅为钢的1/30。
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压电材料压电式传感器
在20℃~200℃范围内,温度每升高1℃,压电系数仅
%。
当到573℃时,它完全失去了压电特性,这就是它的居
里点。
6
斜率: 相
对 5
-%/℃介
dt 电 4
/ 常
3
d20 数
ε
2
居里点
1
t℃ t/℃
0
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 100 200 300 400 500 600
石英的d11系数相对于20℃的d11温度变化特性石英在高温下相对介电常数的温度特性
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压电材料压电式传感器
转换效率和转换精度高
线性范围宽
重复性好
固有频率高
动态特性好
工作温度高达500ºC(压电系数不随温度而改变)
工作湿度高达100%
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