項(xiàng)目六壓電式ppt課件(已修改)
2025-05-16 12:10 本頁面
【正文】 【 知識要求 】 、壓電式傳感器的發(fā)展方向與應(yīng)用。 、壓電陶瓷、高分子壓電材料的壓電機(jī)理。了解壓電晶片的縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)。 。 、壓電元件串聯(lián)和并聯(lián)的特性。 。 【 能力要求 】 整個工作系統(tǒng)中的作用。 ，能夠根據(jù)工作系統(tǒng)的特點(diǎn)，找出匹配的壓電式傳感器。 ，熟練掌握壓電式傳感器的測量方法。 。 （一）壓電式傳感器的工作原理 1．壓電效應(yīng) 壓電式傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的 。 對這些物質(zhì)沿其某一方向施加壓力或拉力時會產(chǎn)生變形 ，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象 ， 此時這種材料的兩個表面將產(chǎn)生符號相反的電荷 。 將外力去掉后 ， 它又重新回到不帶電狀態(tài) ， 這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng) 。 有時人們又把這種機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象稱為 “ 正壓電效應(yīng) ” 。 反之 ， 在某些物質(zhì)的極化方向上施加電場 ， 它會產(chǎn)生機(jī)械變形 ， 當(dāng)去掉外加電場后 ， 該物質(zhì)的變形隨之消失 ， 把這種電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象 ， 稱為 “ 逆壓電 效應(yīng)”。它能實(shí)現(xiàn)機(jī)－電能量的相互轉(zhuǎn)換，如圖所示。 壓電效應(yīng)可逆性 如圖所示為天然結(jié)構(gòu)的石英晶體 ， 它是一個六角形晶柱 。在直角坐標(biāo)系中 ， z軸表示其縱向軸 ， 稱為光軸； x軸平行于正六面體的棱線 ， 稱為電軸； y軸垂直于正六面體棱面 ， 稱為機(jī)械軸 。 通常把沿電軸 (x軸 )方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為 “ 縱向壓電效應(yīng) ” ；而把沿機(jī)械軸 (y軸 )方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為 “ 橫向壓電效應(yīng) ” ；在光軸 (z軸 )方向 受力時則不產(chǎn)生壓電效應(yīng) 天然結(jié)構(gòu)的石英晶體 從晶體上沿軸線切下的薄片稱為晶體切片，如圖所示即為石英晶體切片的示意圖。在每一切片上，當(dāng)沿電軸方向施加作用力 Fx時，則在與電軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷 Qx，它的大小為 式中， d11為壓電系數(shù) (C/g或 C/N)。 石英晶體切片示意圖 在片狀壓電材料的兩個電極面上，如果加交流電壓，那么壓電片能產(chǎn)生機(jī)械振動，即壓電片在電極方向上有伸縮的現(xiàn)象。壓電材料的這種現(xiàn)象稱為“電致伸縮效應(yīng)”，即前面所講的“逆壓電效應(yīng)”。 晶體切片電荷符號與受力方向的關(guān)系 下面以石英晶體為例來說明壓電晶體是怎樣產(chǎn)生壓電效應(yīng)的 。 石英晶體的分子式為 SiO2， 如圖 (a)所示 。 硅原子帶有 4個正電荷 ， 而氧原子帶有 2個負(fù)電荷 ， 正負(fù)電荷是互相平衡的 ， 所以外部沒有帶電現(xiàn)象。 石英晶體的壓電效應(yīng) 2．壓電材料簡介 具有壓電效應(yīng)的電介物質(zhì)稱為壓電材料或壓電元件，在自然界中，大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，然而大多數(shù)晶體的壓電效應(yīng)都十分微弱。隨著對壓電材料的深入研究，發(fā)現(xiàn)壓電式傳感器中用得最多的壓電材料可以分為兩大類，即各類壓電陶瓷（極化處理的多晶體）和壓電晶體。它們都具有較大的壓電常數(shù)、優(yōu)良的機(jī)械性能、時間穩(wěn)定性好、溫度穩(wěn)定性也很好等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的壓電材料。 壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是燒制方便、易成型、耐濕、耐高溫。缺點(diǎn)是具有熱釋電性，會對力學(xué)量測量造成干擾。有機(jī)壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十余種高分子材料。有機(jī)壓電
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