《传感器与检测技术》课件-压电式传感器

传感器与检测技术知功能-压电式传感器识结构-压电式传感器析原理-压电式传感器力检测-压电式传感器1、压电式传感器的功能

压电式传感器是一种典型的自发电式传感器，它是由压电传感元件和测量转换电路组成。压电传感器在各种动态力、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。

灵敏度高、频带宽、质量轻、体积小、工作可靠等优点，随着电子技术的发展，与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现。特点2、压电式传感器的结构

压电式传感器是基于某些物质具有压电效应制成的。压电效应是可逆的，因此压电传感器的典型的“双向传感器”。（1）正压电效应某些电介质在沿一定方向上受到力的作用而变形时，内部会产生极化，同时在其表面有电荷产生，当外力去掉后，表面电荷消失，这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应。（2）逆压电效应在电介质的极化方向施加交变电场，它会产生机械变形。当去掉外加电场，电介质的变形随之消失，这种电能转换为机械能的现象称为逆压电效应。2、压电式传感器的结构压电效应压电材料

具有压电效应的电介质称为压电材料。典型的压电材料有石英晶体、压电陶瓷、钛酸钡、锆钛酸铅和高分子压电材料等。压电材料2、压电式传感器的结构

“纵向压电效应”：沿电轴(X轴)方向的力作用下产生电荷；

“横向压电效应”：沿机械轴(Y轴)方向的力作用下产生电荷；

在光轴(Z轴)方向时则不产生压电效应。X轴：电轴Y轴：机械轴Z轴：光轴

石英晶体的外形坐标轴2、压电式传感器的结构石英晶体的压电效应在电轴(X轴)方向受压/拉力——纵向压电效应在机械轴(Y轴)方向受压/拉力——横向压电效应2、压电式传感器的结构石英晶体的压电效应石英晶体压电效应模型2、压电式传感器的结构石英晶体的压电效应2、压电式传感器的结构压电陶瓷的压电效应陶瓷片极化自由电荷与陶瓷片内的束缚电荷符合相反而数值相等，它起着屏蔽和抵消陶瓷片内极化强度对外的作用，因此陶瓷片对外不表现极性。2、压电式传感器的结构压电陶瓷的压电效应（1）压电式传感器的基本原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷(或电压)输出。

（2）由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，故需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上不可能，因此压电式传感器不能用于静态测量。如果压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。3、压电式传感器的工作原理由压电元件的工作原理可知，压电元件两电极间的压电陶瓷或石英作为绝缘体，故可以构成一个电容器，其电容量为：式中——极板(压电片)面积；、——压电材料的相对介电常数与空气介电常数；

——压电片厚度。3、压电式传感器的工作原理等效电路

压电传感器的等效电路

故把压电传感器可等效为一个与电容并联的电荷源或一个与电容串联的电压源。

当压电元件受外力作用时，两表面产生等量的正、负电荷Q，压电元件的开路电压U为：3、压电式传感器的工作原理压电式传感器在实际使用时，总是与二次仪表配套或与测量电路相连，因此就要考虑连接电缆电容Cc、放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci，以及传感器的泄漏电阻Ra。

压电传感器的实际等效电路3、压电式传感器