文档介绍：贵州大学大数据与信息工程学院
压电式传感器
压电式传感器
1 压电效应及压电材料
2 压电式传感器的等效电路
3 压电式传感器的应用
压力检测
在测量上所称的压力就是物理学中的压强,它是反映物质状态的一个参数;在工业自动化生产过程中是重要工艺参数之一。
压力的概念及单位
1、压力的概念: 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。大小由受力面积和垂直作用力的大小两个因素决定。表达式为:
2、压力的单位
(1)工程大气压(2)标准大气压
(3)约定毫米***柱(4)约定毫米水柱
概述
压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应,是典型的有源传感器。
当某些材料受力作用而变形时,其表面会有电荷产生,从而实现非电量测量。
压电式传感器具有体积小,重量轻,工作频带宽、灵敏度高、工作可靠、测量范围广等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量,以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。
正压电效应
某些物质沿某一方向受到外力作用时,会产生变形,同时其内部产生极化现象,此时在这种材料的两个表面产生符号相反的电荷,当外力去掉后,它又重新恢复到不带电的状态,这种现象被称为压电效应。当作用力方向改变时,电荷极性也随之改变。这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”或“顺压电效应”
逆压电效应
相反,当在某些物质的极化方向上施加电场,这些材料在某一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。这种电能转化为机械能的现象称为“逆压电效应”或“电致伸缩效应”。
压电效应
逆压电效应
电能
机械能
正压电效应
压电材料的性能要求
①转换性能:要求具有较大的压电常数。
②机械性能:机械强度高、刚度大。
③电性能:高电阻率和大介电常数。
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。
压电材料的主要特性参数
(1) 压电常数:压电常数是衡量材料压电效应
强弱的参数,它直接关系到压电输出的灵
敏度。
(2) 弹性常数:压电材料的弹性常数、刚度决
定着压电器件的固有频率和动态特性。
(3) 介电常数:对于一定形状、尺寸的压电元
件,其固有电容与介电常数有关;而固有
电容又影响着压电传感器的频率下限。