檢測(cè)技術(shù)與儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告--壓電傳感器及其應(yīng)用-全文預(yù)覽
【正文】 纜長(zhǎng)度變化的影響不大，幾乎可以忽略不計(jì)，故而電荷放大器應(yīng)用日益廣泛。 壓電式傳感器的測(cè)量電路由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)很微弱，通常先把傳感器信號(hào)先輸入到高輸入阻抗的前置放大器中，經(jīng)過阻抗交換以后，方可用一般的放大檢波電路再將信號(hào)輸入到指示儀表或記錄器中。這兩種等效電路是完全等效的。當(dāng)兩極板聚集異性電荷時(shí)，板間就呈現(xiàn)出一定的電壓，其大小為因此，壓電傳感器還可以等效為電壓源Ua和一個(gè)電容器Ca的串聯(lián)電路，如圖 (b)。 在上述兩種接法中，并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大，時(shí)間常數(shù)大，適宜用在測(cè)量慢變信號(hào)并且以電荷作為輸出量的場(chǎng)合。 第四章 壓電傳感器的測(cè)量電路 壓電晶片的連接方式在實(shí)際應(yīng)用中，由于單片的輸出電荷很小，因此，組成壓電式傳感器的晶片不止一片，常常將兩片或兩片以上的晶片粘結(jié)在一起。但在原理上，%距離。 新型壓電材料迄今為止，壓電材料使用鈦氧鋯鉛（PZT），而此次開發(fā)的材料不含鉛成分，可實(shí)現(xiàn)高性能，對(duì)環(huán)境無害的傳感器及換能器制造。 低溫石英常呈帶尖頂?shù)牧街鶢罹w產(chǎn)出，柱面有橫紋，類似于六方雙錐狀的尖頂實(shí)際上是由兩個(gè)菱面體單形所形成的。βS為恒應(yīng)變下（夾緊）的介質(zhì)隔離率；cD為恒電位移（開路）時(shí)彈性剛度系數(shù)。第三類壓電方程邊界條件為機(jī)械自由和電學(xué)開路，應(yīng)力T和電位移D為自變量，應(yīng)變S和電場(chǎng)強(qiáng)度E為因變量：式中，β—自由倒介電常數(shù)；g—壓電應(yīng)變常數(shù)；gT—g的轉(zhuǎn)置。而εT和sE分別表示應(yīng)力恒定時(shí)的介電常數(shù)和場(chǎng)強(qiáng)恒定時(shí)的彈性柔順系數(shù)。 四類邊界條件對(duì)應(yīng)四類壓電方程，根據(jù)不同的邊界條件選擇不同的壓電方程。 夾緊：用剛性夾具把壓電陶瓷的邊緣固定，邊界上的應(yīng)變?yōu)榱?，即片子的邊界條件是機(jī)械夾緊的。自由：用夾具把壓電陶瓷片的中間夾住，邊界上的應(yīng)力為零，即片子的邊界條件是機(jī)械自由的，片子可以自由變形。它的上標(biāo)用D表示。但是由于應(yīng)用狀態(tài)和測(cè)試條件的不同，壓電晶片（振子）可以處在不同的電學(xué)邊界條件和機(jī)械邊界條件下，即壓電方程的獨(dú)立變量可以任意選擇，所以根據(jù)機(jī)械自由和機(jī)械夾持的機(jī)械邊界條件與電學(xué)短路和電學(xué)開路的電學(xué)邊界條件，描述壓電材料的壓電效應(yīng)的方程共有4類，即d型、e型、g型、h型。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。同時(shí)，在課程設(shè)計(jì)的過程中，能夠鍛煉同學(xué)們解決問題和分析問題的能力。壓電式傳感器的應(yīng)用:壓電傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量小、功耗小、壽命長(zhǎng)，特別是它具有良好的動(dòng)態(tài)特性，因此適合有很寬頻帶的周期作用力和高速變化的沖擊力。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。其他壓電單晶還有適用于高溫輻射環(huán)境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。《檢測(cè)技術(shù)與儀表》課程設(shè)計(jì)壓電傳感器及其應(yīng)用學(xué) 院： 信自院專 業(yè)： 自動(dòng)化年 級(jí)： 11級(jí)姓 名： 學(xué) 號(hào)：201110****指導(dǎo)教師： 許曉平昆明理工大學(xué)2013年 1月5日摘要壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。壓電式傳感器中用得最多的是屬于壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。缺點(diǎn)是具有熱釋電性，會(huì)對(duì)力學(xué)量測(cè)量造成干擾。利用這種材料可以制成集敏感元件和電子線路于一體的新型壓電傳感器，很有發(fā)展前途。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握相關(guān)傳感器或檢測(cè)儀表的原理、結(jié)構(gòu)及在工程中的實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。 壓電方程壓電材料的壓電性涉及到力學(xué)和電學(xué)之間的相互作用，而壓電方程就是描述晶體的力學(xué)量和電學(xué)量之間的相互關(guān)系的表達(dá)式。它的上標(biāo)用E表示。這時(shí)電極上的自由電荷保持不變，電位移保持不變。式中d為壓電常數(shù)，dT—d的轉(zhuǎn)置；s—彈性柔順常數(shù)；ε—介電常數(shù)。εS為應(yīng)變恒定時(shí)的介電常數(shù)（夾緊介電常數(shù)），cE為場(chǎng)強(qiáng)恒定時(shí)（短路）的彈性剛度系數(shù)。第四類壓電方程邊界條件為機(jī)械夾持和電學(xué)開路，應(yīng)變S和電位移D為自變量，應(yīng)力T和電
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