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传感器和检测技术第三章力、扭矩和压力传感器.ppt

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传感器和检测技术第三章力、扭矩和压力传感器.ppt

上传人:AIOPIO 2021/1/20 文件大小:2.44 MB

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传感器和检测技术第三章力、扭矩和压力传感器.ppt

文档介绍

文档介绍:传感器与检测技术 第三章力、扭矩和压力传感器
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
压电式传感器是一种典型的有源(发电型)传感器,以电介质的压电效应为基础,外力作用下在电介质表面产生电荷,从而实现非电量测量。
压电式传感器可以对各种动态力、压力、加速度、机械冲击和振动进行测量,在声学、医学、力学和航空航天方面都得到广泛的应用。
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
压电陶瓷位移器
压电陶瓷超声换能器
压电加速度计
压电警号
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
压电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。
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。
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
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。
正(顺)压电效应示意图

F
- - - - - -
+ + + + + +
F
F
F
+ + + + + +
- - - - - -
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
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。
电能
机械能
正压电效应
逆压电效应

传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
常见的压电材料可分为两类,即压电单晶体和多晶体压电陶瓷。
压电单晶体有石英(包括天然石英和人造石英)、水溶性压电晶体(包括酒石酸钾钠、酒石酸乙烯二铵、酒石酸二钾、硫酸锤等);多晶体压电陶瓷有钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和铌镁酸铅压电陶瓷等。

传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
对压电材料特性要求
①转换性能。要求具有较大压电常数。
②机械性能。压电元件作为受力元件,希望它的机械强度高、刚度大,以期获得宽的线性范围和高的固有振动频率。
③电性能。希望具有高电阻率和大介电常数,以减弱外部分布电容的影响并获得良好的低频特性。
④环境适应性。温度和湿度稳定性要好,要求具有较高的居里点,获得较宽的工作温度范围。
⑤时间稳定性。要求压电性能不随时间变化。
传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
如图所示为天然石英晶体,其结构形状为一个六角形晶柱,两端为一对称棱锥。

传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器
石英晶体
天然形成的石英晶体外形

传感器与检测技术第三章力、扭矩和压力传感器