傳感器知識(shí)整理

1、傳感器技術(shù) 把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量，再進(jìn)行測(cè)量的方法就是非電量電測(cè)法。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的器件叫傳感器。一個(gè)完整的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)一般由傳感器、測(cè)量電路、顯示記錄裝置和電源四部分組成。自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)通常可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。傳感器技術(shù)是以研究傳感器的原理、傳感器的材料、傳感器的制作、傳感器的應(yīng)用為主要內(nèi)容；以傳感器的敏感材料的電、磁、光、聲、熱、力等物理效應(yīng)、現(xiàn)象，化學(xué)中的各種反應(yīng)以及生物學(xué)中的各種機(jī)理為理論基礎(chǔ)。傳感器與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)一起分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的感官、神經(jīng)、和大腦，接口電路的作用是把轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理、顯示、記錄和控制的電信號(hào)。經(jīng)常采用的接口電路

2、有電橋電路和其他特殊電路，如高阻抗輸入電路、脈沖電路、震蕩電路等。應(yīng)該指出的是：并不是所有的傳感器必須包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。有的傳感器需要外加電源才能工作，如差動(dòng)變壓器、應(yīng)變片組成的電橋等；有的不需要外加電源便能工作；如壓電晶體。傳感器的分類；常見的有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等。這種分類方法將被測(cè)量分為基本被測(cè)量和派生被測(cè)量。電學(xué)式傳感器有：電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦式傳感器。電阻式傳感器一般有電位器式、觸點(diǎn)變阻式、電阻應(yīng)變片式及壓阻式傳感器。主要用于位移、壓力、力、應(yīng)變、力矩

3、、氣流流速、液位和液體流量等參數(shù)的測(cè)量。具體請(qǐng)參見教材第4面?zhèn)鞲衅鞯撵o態(tài)特性：傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際靜態(tài)特性曲線與擬合直線之間的最大偏差 與傳感器滿量程輸出 的百分比值。公式為： 線性度又稱非線性誤差，從特性上看線性度越小越好。靈敏度：是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下的輸出變量dy與dx之比，對(duì)于線性傳感器靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率。公式為：K=dy/dx遲滯：傳感器的遲滯是指?jìng)鞲衅鞯恼蛐浅牵ㄝ斎肓吭龃螅┖头聪蛐谐蹋ㄝ斎肓繙p?。┢陂g，輸出-輸入特性曲線不一致的程度。公式為： 產(chǎn)生的原因是傳感器的機(jī)械部分不可避免的存在著間隙、摩擦及松動(dòng)等。重復(fù)性：傳感器的重復(fù)性是指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓堪赐环较蜃鋈砍虄?nèi)

4、連續(xù)重復(fù)測(cè)量時(shí)所得輸出-輸入特性曲線不一致的程度。產(chǎn)生的原因同遲滯的產(chǎn)生原因相同。公式為：分辨率：是指在規(guī)定測(cè)量范圍內(nèi)所能檢測(cè)的輸入量的最小變化量。一般模擬式儀器分辨率為最小刻度分度值的一半。數(shù)字式為最后一位的一個(gè)字。穩(wěn)定性：分為長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性之分。漂移：傳感器的漂移是指在外界的干擾下，輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的不需要的變化。漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等。零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移又可分為：時(shí)間漂移和溫度漂移。時(shí)間漂移指在規(guī)定的條件下，零點(diǎn)或靈敏度隨時(shí)間的緩慢變化；溫度漂移是指因?yàn)榄h(huán)境溫度變化而引起的零點(diǎn)或靈敏度的變化。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指在測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)傳感器的輸出反應(yīng)被測(cè)量的大小和隨時(shí)間

5、變化的能力。研究傳感器的動(dòng)態(tài)特性通常從 時(shí)域和頻域 兩方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來(lái)分析。研究傳感器動(dòng)態(tài)特性請(qǐng)參見教材第7面?zhèn)鞲衅魈匦缘膽?yīng)用：見教材第7面?zhèn)鞲衅鞯男阅苤笜?biāo)：基本參數(shù)指標(biāo)量程指標(biāo)、靈敏度指標(biāo)、精度方面的指標(biāo)、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。環(huán)境參數(shù)指標(biāo)溫度指標(biāo)、抗沖振指標(biāo)以及其他如抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕及抗電磁干擾能力?？煽啃灾笜?biāo)工作壽命、平均無(wú)故障時(shí)間保險(xiǎn)期、疲勞性能等。其他指標(biāo)使用方面、結(jié)構(gòu)方面、安裝結(jié)構(gòu)方面等。提高性能指標(biāo)的方法：1、 采用線性化技術(shù)：只有傳感器的輸出與輸入具有線性關(guān)系時(shí)才能保證無(wú)失真的復(fù)現(xiàn)。2、 差動(dòng)技術(shù)（參見教材第9面）3、 平均技術(shù)（參見教材第9面）4、 零位法、微差法和

6、閉環(huán)技術(shù)（參見教材第9面）5、 補(bǔ)償與技術(shù)校正（參見教材第9面）6、 集成化和智能化7、 屏蔽、隔離和抑制干擾8、 穩(wěn)定性處理傳感器的材料：一、 半導(dǎo)體材料1、 單晶硅 2、多晶硅 3、非晶體硅 4、硅藍(lán)寶石 5、化合物半導(dǎo)體 （詳見第11面）二、 陶瓷材料三、 石英材料四、 金屬氧化物及合晶材料1、 氧化鋅薄膜 2、非晶體磁性合金材料 3、形狀記憶合金材料五、 無(wú)機(jī)材料六、 有機(jī)材料（有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)駐極體、有機(jī)光電、有機(jī)光致變色、有機(jī)磁性有機(jī)導(dǎo)電等以及高分子固態(tài)離子導(dǎo)體材料。）七、 、生化材料八、 高分子敏感材料九、 合成材料傳感器的物理基礎(chǔ)以及其物理效應(yīng)請(qǐng)?jiān)斠娊滩?3面。傳感器的選用（靈

7、敏度、準(zhǔn)確度和精密度、動(dòng)態(tài)范圍和直線性、響應(yīng)速度和滯后性、穩(wěn)定性）詳見教材14面。傳感器的測(cè)量方法：測(cè)量過程：直接測(cè)量、間接測(cè)量測(cè)量方式：偏差（指針相對(duì)于刻度初始點(diǎn)的偏差）、零位（已知標(biāo)準(zhǔn)量平衡被測(cè)量）、微差式測(cè)量（=X-V其中是零位式，X為被測(cè)量，V是偏差式。操作簡(jiǎn)便、精度高）是否與被測(cè)對(duì)象接觸：接觸式、非接觸式。被測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)。測(cè)量的核心是：比較測(cè)量誤差：絕對(duì)誤差：X=X-XO(沒有百分號(hào)) 相對(duì)誤差：r=(X/XO)*100% 引用誤差： y=(X/L)*100%系統(tǒng)誤差用正確度來(lái)表示，而隨機(jī)誤差用精確度來(lái)表示。傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)詳見教材16面第二章、溫度傳感器溫度：溫度是表

8、征物體冷熱程度的物理量。溫度的測(cè)量方法有接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作簡(jiǎn)單可靠及及測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：可能破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布。非接觸式測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量溫度高、不干擾被測(cè)物溫度等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：測(cè)量精度不高。工業(yè)精度可分為7個(gè)等級(jí)：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0。其中的含義為：0.5表示偏差為±0.5%，再如1.0表示偏差為±1.0%溫標(biāo)：溫度標(biāo)尺簡(jiǎn)稱溫標(biāo)，它是溫度的數(shù)值表示方法。（具體的可見教材第19面）熱電偶傳感器:是一種利用金屬的熱電效應(yīng)將溫度的變化直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)變化的溫度傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)溫范圍廣，可以在1

9、K-2800攝氏度的范圍內(nèi)使用，精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好信號(hào)便于處理和遠(yuǎn)距離傳輸。熱電偶的工作原理：參見教材第20面，熱電偶的基本定律：參見教材第20面（重點(diǎn)）熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料以及冷熱端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的粗細(xì)、長(zhǎng)短及兩導(dǎo)體接觸面積無(wú)關(guān)。判斷熱電偶正負(fù)極的方法是：將熱端稍加熱，在冷端用直流電流表辨別正負(fù)極。注：教材第22面的習(xí)題做重點(diǎn)理解對(duì)象。熱電偶的種類：1、 普通型熱電偶：主要用于測(cè)量氣體、蒸汽和液體等介質(zhì)的溫度，由熱電極，絕緣套管、外保護(hù)套管和接線盒組成。其安裝連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無(wú)固定裝置等多種形式。2、 鎧裝熱電偶：

10、特別使用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如狹小彎曲管道內(nèi)）的溫度測(cè)量。3、 薄膜熱電偶：其測(cè)量端既小又薄，響應(yīng)速度快。適用于測(cè)量微小面積上的順便溫度。4、 表面熱電偶：主要用于現(xiàn)場(chǎng)流動(dòng)的測(cè)量。讀數(shù)很方便。其測(cè)量范圍有0-250以及0-600攝氏度兩種。5、 防爆熱電偶：注：要會(huì)讀分度表。熱電偶安裝注意事項(xiàng)：參見教材第26面。熱電偶的冷端補(bǔ)償：熱電偶的分度表及配套的顯示器都要求冷端溫度恒定為0°C，否則將產(chǎn)生誤差。1、 補(bǔ)償導(dǎo)線（溫度在0-150°C范圍內(nèi)實(shí)用）見教材27面。可分為延伸型(X)補(bǔ)償導(dǎo)線和補(bǔ)償型（C）補(bǔ)償導(dǎo)線。前者所用材料與熱電極相同，后者所使用的材料與熱電極材料不同。注意：（1）

11、兩根補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶兩個(gè)熱電極的接點(diǎn)必須具有相同的溫度：2各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的電偶配用，而且必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用，極性切勿接反。冷端溫度補(bǔ)償：見教材27面熱電偶測(cè)溫基本電路見教材28面。*熱電阻式傳感器：定義：利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化的特性制成的傳感器叫做熱阻式傳感器。測(cè)溫范圍：-200-960°C熱電阻：金屬材料。 熱敏電阻：由半導(dǎo)體材料制成。對(duì)測(cè)溫用的熱電阻材料要求：1、電阻值與溫度變化具有良好的線性關(guān)系。2、電阻溫度系數(shù)要大，便于精確測(cè)量。3、電阻率高，熱容小，響應(yīng)速度快。4、在測(cè)溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能。5、材料質(zhì)量要純，容易加工復(fù)制，價(jià)格

12、便宜。（廣泛應(yīng)用的有銅和鉑材料）熱電阻原理請(qǐng)參見教材29面熱電阻傳感器的測(cè)量電路：一般使用電橋電路。 工業(yè)上常采用：三線制接法。其優(yōu)點(diǎn)是：可在一定程度上克服導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在環(huán)境溫度為0-50°C內(nèi)使用，這種接法可將溫度附加誤差控制在0.5%內(nèi)，卻滿足要求。熱敏電阻：主要用于點(diǎn)溫度、小溫差溫度的測(cè)量，遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)測(cè)量與控制，溫度補(bǔ)償與電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)等。其優(yōu)點(diǎn)為：靈敏度很高，價(jià)格低。缺點(diǎn)為：精度低。熱敏電阻的分類：正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻（突變型PTC主要用作溫度開關(guān)，緩變型PTC主要用于在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償或溫度測(cè)量）。負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻（主要

13、用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償）、臨界溫度熱敏電阻（CTR）（主要用作溫度開關(guān)）。詳見31面。熱敏電阻的測(cè)量電路一般也用電橋。主要用于以下幾方面：1、溫度測(cè)量 2、溫度補(bǔ)償 3、溫度控制（具體詳見34面）集成溫度傳感器：是把溫敏元件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。集成溫度傳感器的分類：1、電流輸出型（具有輸出阻抗高的優(yōu)點(diǎn)）2、電壓輸出型（優(yōu)點(diǎn)為直接輸出電壓，且輸出阻抗低，易于讀取或與控制電路接口。）3、數(shù)字(或頻率)信號(hào)輸出型（優(yōu)點(diǎn)為：輸出阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)、可直接與計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)接口的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。）總的來(lái)講，集成溫度傳感器的特點(diǎn)是使用方便、外圍電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠；不足之

14、處為測(cè)量范圍小，使用環(huán)境有一定的局限性。注意：考試可能會(huì)設(shè)計(jì)一些試驗(yàn)方面的內(nèi)容，參見教材45面以及實(shí)驗(yàn)手冊(cè)第三章 力傳感器力-電轉(zhuǎn)換原理看可大致分為:電阻式、（電位器式和應(yīng)變片式）、電感式（自感、互感和渦流）、電容式、壓電式、壓磁式和電阻式。廣泛應(yīng)用于測(cè)力和稱重。彈性敏感元件：應(yīng)具有良好的特性、足夠的精度、且具有良好的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。常用的材料有彈性鋼、合金。彈性敏感元件的特性：1、 剛度：是彈性元件在外力作用下變形大小的量度，一般用k表示，k=dF/dx，F(xiàn)為作用在彈性元件上的外力；x為彈性元件的變形量。2、 靈敏度 ：是指彈性敏感元件在單位力的作用下產(chǎn)生變形的大小，它為剛度的倒數(shù)，用K表

15、示，即K=dx/dF。3、 彈性滯后：彈性元件的加載特性曲線與卸載曲線不重合的程度，它是應(yīng)變式傳感器測(cè)量誤差之一，造成原因是元件分子間存在內(nèi)摩擦造成的。4、 彈性后效：當(dāng)載荷從某一數(shù)值變化到另一數(shù)值，彈性元件的變形不是立即完成，而是 的時(shí)間間隔后逐漸完成形變的，這種現(xiàn)象稱為彈性后效。造成這種現(xiàn)象的原因是由于彈性敏感元件中的分子間存在內(nèi)摩擦。5、 固有頻率：彈性敏感元件往往希望固有振蕩頻率越高越高越好。彈性元件的分類：彈性敏感元件在形式上可分為兩大類：力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變 或位移的變換力的彈性敏感元件、壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變或位移的變換壓力的彈性敏感元件。1、 變換力的彈性敏感元件：等截面柱式、等截面薄板、懸臂

16、梁及軸狀等結(jié)構(gòu)。具體詳見教材52面教材第5262作自己看的內(nèi)容（一定要至少一遍）3.4壓電式傳感器壓電式傳感器具有：靈敏度高、頻帶寬、質(zhì)量輕、體積小、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。只能測(cè)動(dòng)態(tài)力，因?yàn)殡姾扇菀仔孤?。壓電式傳感器是一種典型的自發(fā)電式傳感器 壓電式傳感元件是力敏感元件，它可以測(cè)量最終能變換為力的非電物理量，例如動(dòng)態(tài)力、動(dòng)態(tài)壓力、振動(dòng)、加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測(cè)量。 一、壓電效應(yīng) 某些晶體，在一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部將產(chǎn)生極化現(xiàn)象，相應(yīng)地在晶體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力作用除去時(shí)，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)。當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 反之，在電介質(zhì)

17、的極化方向上施加交變電場(chǎng)或電壓，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)變形隨之消失，這種想象稱為逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）。 具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，如石英晶體、壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體等。 壓電式傳感器中的壓電元件材料一般有三類：壓電晶體（單晶體）、經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷（多晶體）、高分子壓電材料。 石英晶體的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：性能非常穩(wěn)定，在20200范圍內(nèi)壓電常數(shù)變化率只有-0.0001/。此外，具有自振頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好、遲滯小、重復(fù)性好、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：壓電常數(shù)小。因此，石英晶體大多只在標(biāo)準(zhǔn)傳感器、高精度傳感器或使用溫度較高的傳感器中使用，而在一般要求的

18、測(cè)量中，基本采用壓電陶瓷。 石英晶體有三個(gè)軸（課本P64圖3-15a、圖3-16） X軸電軸，通過六面體相對(duì)的兩個(gè)棱線并垂直于光軸 Y軸機(jī)械軸，垂直于兩個(gè)相對(duì)的晶柱棱面 Z軸光軸，與晶體的縱軸線方向一致 課本P64圖3-16 當(dāng)沿X軸對(duì)晶片施加力時(shí)，將在垂直于X軸的表面產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為縱向壓電效應(yīng)； 沿Y軸施加力的作用時(shí)，電荷仍出現(xiàn)在與X軸垂直的表面上，稱為橫向壓電效應(yīng)； 沿Z軸方向受力時(shí)，不產(chǎn)生壓電效應(yīng)?？v向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷： 沿X軸施加壓力，產(chǎn)生垂直于X軸平面的電荷。 縱向壓電系數(shù)，下標(biāo)的意義是產(chǎn)生電荷的面的軸向及施加作用力的軸向。 沿晶軸X方向施加的壓力當(dāng)晶片受到X向的壓力作用時(shí)

19、，與作用力成正比，而與晶片的幾何尺寸無(wú)關(guān)。若作用力改為拉力時(shí)，則在垂直于X軸的平面上仍出現(xiàn)等量電荷，但極性相反。橫向壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷： 沿Y軸向施加壓力，產(chǎn)生垂直于X軸平面的電荷。 橫向壓電系數(shù)沿機(jī)械軸方向給晶片施加壓力，產(chǎn)生的電荷與幾何尺寸有關(guān)，沿Y軸的壓力產(chǎn)生的電荷與沿X軸的壓力產(chǎn)生的電荷極性相反。石英晶片受壓力或拉力時(shí)，電荷的極性：壓電陶瓷的壓電效應(yīng)在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，各個(gè)電疇在晶體中無(wú)規(guī)則排列，極化效應(yīng)相互抵消，因此在原始狀態(tài)下，壓電陶瓷呈中性，不具有壓電效應(yīng)。 壓電材料一般應(yīng)選用：轉(zhuǎn)換性能：具有較大的壓電常數(shù) 機(jī)械性能：具有較高機(jī)械強(qiáng)度、剛度，以期獲得較高的固有頻率 電性能：具有較高

20、的電阻率和介電常數(shù)，以期減少電荷的泄漏以及外部分 布電容的影響，獲得良好的低頻特性 溫度、濕度穩(wěn)定性能：具有較高的居里點(diǎn)，以期獲得較寬的工作溫度范圍（所謂居里點(diǎn)是指壓電性能破壞時(shí)的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)） 時(shí)間穩(wěn)定性能：壓電材料的壓電特性不隨時(shí)間蛻變，有較好的時(shí)間穩(wěn)定性石英晶體（單晶體、壓電晶體）分類為：天然和人工培養(yǎng)兩種類型1、石英晶體：特點(diǎn)：在幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)，壓電系數(shù)不隨溫度而變化。居里點(diǎn)為573，即到573時(shí)，它將完全喪失壓電性質(zhì)。有很大的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的機(jī)械性能，但靈敏度很低，介電常數(shù)小，因此逐漸被其他壓電材料替代。性能穩(wěn)定、精度高、居里點(diǎn)高、靈敏度壓電陶瓷（多晶體）：比石英晶體的壓電靈敏

21、度高得多，而制造成本卻較低，且具有燒制方便、耐濕、耐高溫、易于成形等特點(diǎn)。3、高分子壓電材料：某些合成高分子聚合物薄膜經(jīng)延展拉伸和電場(chǎng)極化后，具有一定的壓電性能，這類薄膜稱為高分子壓電薄膜。是一種柔軟的壓電材料，不易破碎，可以大量生產(chǎn)和制成較大面積。4、高分子壓電材料：它不易破碎，具有防水性，可以大量連續(xù)拉制，制成較大面積或較長(zhǎng)的尺度，價(jià)格便宜，頻率響應(yīng)范圍較寬，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80dB。壓電元件的結(jié)構(gòu)形式：在壓電式傳感器中，常將兩片或多片組合在一起使用，由于壓電材料有極性，故接法有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)。壓電元件的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)：并聯(lián)：輸出電荷大、電容大、時(shí)間常數(shù)大，適合測(cè)慢變信號(hào)，并以電荷量作輸出

22、量的場(chǎng)合。 串聯(lián)：輸出電壓高、電容小，適合以電壓作為輸出量，以及測(cè)量電路輸入阻抗很高的場(chǎng)合。等效電路：測(cè)量電路: 壓電傳感器內(nèi)阻抗很高，而輸出信號(hào)微弱，因此，測(cè)量電路要求有一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器作阻抗匹配，才能防止電荷迅速泄漏而使測(cè)量誤差減小。 前置放大器作用：（1）將高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；2）將輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。測(cè)量電路 :前置放大器兩種形式：（1）電壓放大器：輸出電壓與輸入電壓成正比（2）電荷放大器：輸出電壓與輸入電荷成正比2、電荷放大器測(cè)量電路:壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量。壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷補(bǔ)充，可以供給測(cè)量回路以一定的電流，故只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量（一般

23、必須高于100Hz，但在50kHz以上時(shí)，靈敏度下降）。 將高分子壓電電纜埋在公路上，可以獲取車型分類信息（包括軸數(shù)、軸距、輪距、單雙輪胎）、車速監(jiān)測(cè)、收費(fèi)站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通數(shù)據(jù)信息采集（道路監(jiān)控）及機(jī)場(chǎng)滑行道等。壓電片的并聯(lián)接法: 壓電陶瓷多制成片狀，稱為壓電片。壓電片通常是兩片（或兩片以上）粘結(jié)在一起，一般常用的是并聯(lián)接法。其總面積是單片的兩倍，極板上的總電荷Q并為單片電荷Q的兩倍。 電容式傳感器的主要特性:具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于測(cè)量壓力、力、位移、液位和振動(dòng)等場(chǎng)合。主要優(yōu)點(diǎn)：1. 靈敏度高： 用應(yīng)變片測(cè)量時(shí)，一般得

24、到電阻相對(duì)變化量小于1%，而電容式傳感器的相對(duì)變化量可達(dá)到100%甚至更大。 2. 能在較惡劣環(huán)境下工作： 它能在高溫、低溫、強(qiáng)輻射等環(huán)境下工作，原因在于這種傳感器通常不一定需要使用有機(jī)材料或磁性材料，而這些材料是不能用于上述惡劣環(huán)境的。3. 發(fā)熱的影響小 4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)快: 因?yàn)殡娙輦鞲衅骶哂休^小的可動(dòng)質(zhì)量，動(dòng)片的諧振頻率較高，所以能用于動(dòng)態(tài)測(cè)量主要缺點(diǎn)：在于引線電纜分布電容和非線性的影響。平板電容器的電容為：C = A/d如圖：電容式傳感器的結(jié)構(gòu)與原理1變面積式電容傳感器：AC2.變極距式電容傳感器：dC 3.變介電常數(shù)式電容傳感器:C 變面積式電容傳感器：變面積式電容傳感器的輸出特性是線性的，靈敏度是常數(shù)。這一類