力與壓力的檢測ppt課件(存儲版)
【正文】 ① 用一個臂作檢測臂 （ 單電橋 ） 存在非線性 、 溫漂誤差 。傳感器 R1采用E350~ZAA箔式電阻應變片，其常態(tài)阻值為 350 Ω 。 特點：結構簡單體積小重量輕、工作頻率寬、靈敏度及可靠性高。如實驗室基準檢驗、精密測量等。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 石英晶體的壓電 機理 石英的晶體結構為六方晶體系，化學式為 SiO2 定義 ： z光軸：晶體對稱中心 軸 oz，光線沿 z軸通過時不產(chǎn)生雙折射，無壓電效應。 下面是一個單元組體中構成 石英晶體 的硅離子 Si4+ 和 氧離子 O2 在 垂直于 z 軸的 xy 平面上的投影。晶體 在 y軸方向 的力 作用 下，在 x方向產(chǎn)生正壓電效應，在 y、 z 方向同樣不產(chǎn)生壓電效應。由于壓電晶體是絕緣體，當它的兩極表面聚集電荷時， 它相當于 一個電容器。 如果在陶瓷片上加一個與極化方向平行的壓力 F，陶瓷片將產(chǎn)生壓縮形變。這種由于電效應而轉變?yōu)闄C械效應，或者由電能轉變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象 ，就是 壓電陶瓷的 逆壓電效應 。其電壓值為 aiaiRRRRR? ?ciC C C??33 s i n s i nmamaad F tqU U tCC? ?? ? ?力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 測量 電路 1. 電壓放大器 放大器輸入端的電壓 Ui，其復數(shù)形式為 Ui 的幅值 Uim為 輸入電壓與作用力之間的相位差 υ為 33111 1 ( )11iaaaRjCRjRjCU U d Fj R C CRjCjCRjC??????????????332 2 21 ( )mima c id F RUR C C C??? ? ? ?? ?a r c t a n (2 a c iR C C C???? ? ? ?力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 測量 電路 1. 電壓放大器 令 τ=R(Ca+CC+Ci)， τ 為測量回路的時間常數(shù)，并令 ω0=1/τ，則可得 根據(jù)傳感器電壓靈敏度 Ku的定義得 由上式可見：壓電式傳感器不能測量靜態(tài)量；其高頻響應較好。這時的聲傳感器就是聲頻信號接收器。 力與壓力的檢測 。 當交變信號加在壓電陶瓷片兩端面時，由于壓電陶瓷的逆壓電效應，陶瓷片會在電極方向產(chǎn)生周期性的伸長和縮短。 這 兩種等效電路是完全等效的。這時，陶瓷片內(nèi)的正、負束縛電荷之間距離也增大，即 陶瓷 片沿極化方向產(chǎn)生伸長形變 。在無外電場作用時 ，各個 電疇在晶體上雜亂分布，它們的極化效應被相互抵消，因此原始的壓電陶瓷內(nèi) 極化強度為 零。 d11—— x方向受力的壓電 系數(shù) 即得 1 1 1 1 1 1 xxFP d dbc???11 xqPbc?11xxq d F?力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 作用力與電荷的 關系 反之，若沿 x 方向對晶片施加電場，電場強度大小為 Ex 。 可見 ，沿 x(電軸 )方向的力 Fx作用時 ，只在 x 方向產(chǎn)生正壓 電效應。 如 q1表示法向矢量為 x的兩個面產(chǎn)生的電荷。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 壓電片在某特定平面上所產(chǎn)生的電荷量可由下式?jīng)Q定 Q=dF=dKε Q —— 在某特定面上產(chǎn)生的電荷量； d—— 壓電常數(shù)，與壓電片材料、切片方向以及受力方向及性質(zhì) (正應力或切應力 )、在何平面上測量電荷等因素有關 (有專用表格可查找 )； K —— 壓電片的剛度； ε—— 壓電片的變形量。突出的特點是性能穩(wěn)定，但壓電常數(shù)較小。 力與壓力的檢測 傳感器技術 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測力 壓電式傳感器是一種典型的 自發(fā)電式傳感器 （有源）。 c全橋式 (雙臂工作 )。 圖為直流測量電路。 K= △ R/R ε=1+2 μ+△ ρ / ρ ε 對于金屬導體此項通常極小可忽略 由 △ R/R =Kε及材料力學 公式 Eε=F/s，若 靈敏度 K、截面 積 s、 彈性模量 E為已知，只要測出 ΔR/R，就可獲得試件受力的大小。常使用的術語還有： 絕對壓力 …… 相對真空（絕對零壓力）所測得的壓力； pi 大氣壓力 …… 由地表空氣柱重量形成的壓力； pd 表壓力 …… 高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力 pd
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