KC04040105-m03壓電式傳感器的介紹

1、教 案任務一 車速檢測中的壓力檢測教師姓名賀心全授課形式講授/實驗等授課時數(shù)2授課日期授課班級13級物聯(lián)網(wǎng)應用技術1班 月 日 第 周（周 ）第 節(jié)知識點教學目標知識點4 壓電式傳感器的介紹知識點5 壓電式傳感器的工作原理知識點6 壓電式傳感器的檢測電路【知識目標】1. 了解壓電材料和壓電效應原理。2. 了解壓電式壓力傳感器的結構組成及其主要應用領域。3. 掌握壓電式壓力傳感器的工作原理。4. 掌握壓電式壓力傳感器的等效電路和測量電路?！灸芰δ繕恕?. 具備整理、分析，制作，并向他人展示的能力。2. 具備善于觀察、學習和思考，系統(tǒng)分析解決問題的能力。【素質目標】1具備與工作伙伴的溝通交流能力。

2、2具備團隊成員間的溝通、協(xié)調能力。教學重點教學難點【教學重點】壓電式壓力傳感器的工作原理【教學難點】壓電式壓力傳感器的等效電路和測量電路使用教具傳感器檢測實訓室D508、D335，電腦，投影儀，石英晶體振蕩器、壓電陶瓷換能器、壓電薄膜和壓電電纜、電荷放大器模塊、壓電式傳感器若干。課外作業(yè)壓電式傳感器實物拆裝實驗備 注壓電式傳感器實物展示、壓電式傳感器檢測電路原理分析與設計授課主要內容或板書設計一、 壓電式傳感器介紹壓電傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產

3、生電荷的現(xiàn)象。壓電材料 它可分為壓電單晶、壓電多晶和有機壓電材料。二、 壓電傳感器的特點壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。它的優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結構簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。三、 壓電效應壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介

4、質也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。四、 壓電式傳感器工作原理壓電式壓力傳感器的原理主要是壓電效應，它是利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態(tài)的測量當中，原因是受到外力作用后的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態(tài)的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。而石英呢，其實是一種天然的晶體，而壓電效應就是在此晶體的基礎上發(fā)現(xiàn)的。在規(guī)定的范圍里，壓電性質是不會消失，而是

5、一直存在的。但是如果溫度在這個規(guī)定的范圍之外，壓電性質就會徹底地消失不見。五、 檢測電路壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量，壓電元件只有在交變力的作用下，電荷才能源源不斷地產生，可以供給測量回路一定的電流，故只適用于動態(tài)測量。 壓電式傳感器本身的輸出信號小，內阻抗很高，在它的測量電路中通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，放大器的作用是：一是把壓電式傳感器的高阻抗變換為低阻抗;二是放大傳感器的輸出信號。壓電式傳感器輸出信號可以是電壓也可以是電荷，因此前置放大器也就出現(xiàn)了兩種形式：電壓放大器和電荷放大器，相比光電開關傳感器來講，不同廠家生產的光電開關類型數(shù)量上也比較不同。1、電荷放大器：電荷放大器是

6、的反饋電容C在輸入端等效電容結論是電荷放大器輸出電壓U。只與輸入電荷量O和反饋電容C有關，與放大器的放大系數(shù)A、電纜電容C和前置放大器的輸入電容C等的變化都沒有關系。2、串聯(lián)輸出的壓電元個可以等效為電壓源，由于壓電效應引起的電容量很小，因此其電壓源的等效內阻非常大，在連接成電壓輸出型測量電路時，要求前置放大器要有足夠的放大倍數(shù)，而且應具備很高的輸入阻抗。教學方法設計和注意事項教學方法綜合使用任務驅動法、小組討論法、演示法、啟發(fā)引導法、講授法等方法。任務導入：1.壓電式壓力傳感器實物展示、結構拆裝。2.提前下發(fā)學習任務單，明確任務目標。3.提前劃分學習小組（5-6人/組），并明確責任分工。信息查詢（小組討論，卡片法，講授法）：學生：分組查詢檢測與傳感技術、壓電式壓力傳感器介紹、壓電式壓力傳感器的工作原理、壓電式壓力傳感器的檢測電路等資料，獲取信息，分組講解，填寫學習性任務書中任務實施準備知識。教師：協(xié)調、答疑。方案制定（分組討論，小組互評）：1.要求學生在討論并達成一致的基礎上，每組選擇一個發(fā)言人，用自己的語言來歸納總結。2.教師及其他小組成員在講解后提出問題，幫助解決，使理解更加深入、準確。3.各組發(fā)言后進行修改和細化。4. 評價與總結。方案實施（學