發(fā)電型傳感器教學(xué)課件

發(fā)電型傳感器.第3章發(fā)電型傳感器o3.1壓電型傳感器o3.2霍爾式傳感器o33熱電偶傳感器3.1壓電型傳感器o壓電型傳感器是一種典型的有源傳感器,又稱(chēng)自發(fā)電式傳感器或電勢(shì)式傳感器。它既能將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,又能將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。其工作原理是基于某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。常見(jiàn)的壓電材料有石英晶體、人工合成的多晶體陶瓷和有機(jī)高分子材料。o近年來(lái),壓電測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速,特別是電子技術(shù)的迅速發(fā)展,使壓電式傳感器的應(yīng)用日益廣泛下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o3.11壓電型傳感器工作原理壓電效應(yīng)在某些晶體切片(如石英晶體切片)上,沿一定方向加上外力,晶體切片不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化,而且晶體內(nèi)部也會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象,導(dǎo)致晶體表面積累電荷,形成電場(chǎng),當(dāng)外力除去后晶體表面又恢復(fù)到不帶電狀態(tài),這種現(xiàn)象被稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如圖3-1所示為壓電效應(yīng)示意圖。若將壓電材料置于電場(chǎng)之中,其幾何尺寸也會(huì)發(fā)生變化這種由于外電場(chǎng)作用,導(dǎo)致壓電材料產(chǎn)生機(jī)械變形的現(xiàn)象,稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)或電致收縮效應(yīng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o壓電材料常見(jiàn)的壓電材料有三類(lèi):石英,晶體、壓電陶瓷和高分子壓電材料1)石英晶體。石英晶體亦稱(chēng)為水晶,它是重要的壓電材料,具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),是目前高精度壓電式傳感器中常用的壓電材料。由于天然石英晶體產(chǎn)量有限,所以近年來(lái)廣泛采用人造石英晶體石英晶體外形及切片如圖3-2所示上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器2)壓電陶瓷壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。它山無(wú)數(shù)細(xì)微的電疇組成,這些電疇實(shí)際上是分子自發(fā)極化的小區(qū)域,在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí),各個(gè)電疇在晶體中雜亂分布,它們的極化效應(yīng)被相互抵消,因此原始的壓電陶瓷呈電中性,不具有壓電性質(zhì)。為了使壓電陶瓷具有壓電效應(yīng),必須在一定溫度下做極化處理,極化處理之后,陶瓷材料內(nèi)部存在很強(qiáng)的剩余極化強(qiáng)度。當(dāng)壓電陶瓷受外力作用時(shí),其表面也能產(chǎn)生電荷所以壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)。如圖3-3所示為壓電陶瓷的極化過(guò)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器3)高分子壓電材料o高分子壓電材料是一種新型材料,有聚偏二氟乙烯(PVF或PⅤDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)等。o高分子壓電材料的最大特點(diǎn)具有柔軟性,它不易破碎,具有防水性,測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍寬,頻響范圍大但其工作溫度一般低于100℃,當(dāng)溫度升高時(shí),其靈敏度將降低,同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度不高,耐紫外線能力較差,不宜暴曬上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o3.12壓電型傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)換電路壓電元件的等效電路在壓電晶片產(chǎn)生電荷的兩個(gè)平面上裝上金屬電極,就構(gòu)成了一個(gè)壓電元件。當(dāng)壓電晶片受力時(shí),在晶體的一個(gè)表面會(huì)聚集正電荷,而在另一個(gè)表面會(huì)聚集等量的負(fù)電荷,所以它可以被看做是一個(gè)電荷發(fā)生器,同時(shí),它又相當(dāng)于一個(gè)以壓電材料為絕緣介質(zhì)的電容器,其電容值為QSEa上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o如圖3-4(a)所示,壓電元件可以等效為一個(gè)與電容相并聯(lián)的電荷源。如圖3-4(b)所示,壓電元件也可以等效為一個(gè)與電容相串聯(lián)的電壓源。壓電元件的端電壓為o壓電元件在交變力的作用下,電荷可以不斷產(chǎn)生,可以供給測(cè)量回路以一定的電流,因此,壓電式傳感器適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o壓電傳感器的測(cè)量電路o根據(jù)壓電式傳感器的轉(zhuǎn)換原理及其等效電路,它的輸出可以是電壓,也可以是電荷,為此,前置放大器有兩種形式種是電壓放大器,其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出電壓)成比例,通常將此種前置放大器稱(chēng)作阻抗變換器,它對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)電纜電容的變化非常敏感,尤其是連接電纜長(zhǎng)度的變化更為明顯;另一種是電荷放大器,其輸出電壓與輸入電荷成比例,這種放大器對(duì)電纜長(zhǎng)度變化的影響極為遲鈍,所以對(duì)其造成的影響可忽略不計(jì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1壓電型傳感器o電壓放大器o如圖3-6所示,(a)為壓電傳感器連接電壓放大器的等效電路,(b)是簡(jiǎn)化后的等效電路輸入電壓為iORdF1+joR(C+Ca)當(dāng)oR(C+C+Ca)>1時(shí),輸出電壓為C+c+c可以看出放大器輸入電壓幅度與被測(cè)頻率無(wú)關(guān),當(dāng)改變連接傳感器與前置放大器的電纜長(zhǎng)度時(shí),C將改變,從而引起放大器的輸出電壓也發(fā)生變化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回41、學(xué)問(wèn)是異常珍貴的東西，從任何源泉吸收都不可恥?！⒉贰と铡しɡ?/p>

42、只有在人群中間，才能認(rèn)識(shí)自己。——德國(guó)

43、重復(fù)別人所說(shuō)的話，只需要教育