發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)第四章傳感器基本類型及其工作原理(編輯修改稿)
2024-11-15 13:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 式中 :S為極板相互遮蓋的面積； d為兩極板間的距離； 為極板間介質(zhì)的介電常數(shù) ? 由此可知，如果改變公式中任意一個(gè)變量 (如下圖中改變極板相互遮蓋的面積 S)，都可以引起電容 C的變化 .那么將要測(cè)的量轉(zhuǎn)化成以上三個(gè)中的任意一個(gè)量 ,那么就可以做成三種電容式傳感器 .下圖為改變極板間距離做所的傳感器。 ? 451 dSC ???2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 31 ? 按照電容式傳感器的轉(zhuǎn)換原理的不同，可以分為 ?極距變化型電容式傳感器：兩極板相互覆蓋面積及極間介質(zhì)不變，則當(dāng)兩極板在被測(cè)對(duì)象作用下發(fā)生位移變化時(shí)所引起的電容量變化的傳感器。 ? 變介電常數(shù)型電容傳感器：這種傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度、位移、液位，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來測(cè)量溫度、濕度、容量等。 ?面積變化型電容傳感器：改變極板間覆蓋面積的電容式傳感器，常用的有角位移型和線位移型兩種。圖 452所示為差動(dòng)式電容傳感器。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 32 a) 極距變化型 。 + + + c) 介質(zhì)變化型 ??? AC 0?b)面積變化型 :角位移型 ,平面線位移型 ,柱面線位移型 . + + + + + + 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 33 ?壓電傳感器的工件原理是基于某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)。 ?壓電效應(yīng) ：是指某些結(jié)晶物質(zhì)沿它的某個(gè)結(jié)晶軸受到力的作用時(shí)，其內(nèi)部有極化現(xiàn)象出現(xiàn)，在其表面形成電荷集結(jié)，其大小和作用力的大小成正比，這種效應(yīng)稱為正壓電效應(yīng)。相反，在晶體的某些表面之間施加電場(chǎng)，在晶體內(nèi)部也產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)晶體產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 34 ?壓電晶體：具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。如圖 461 所示。 ?壓電晶體材料：石英晶體、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇、鈦酸鉛等鉛系多晶體燒結(jié)而成的陶瓷等。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 35 ? 通常壓電傳感器與放大器之間都要加入高阻抗的前置放大器。測(cè)量電路的輸入阻抗越高，被測(cè)參數(shù)的變化越快 (即頻率越高 )，則所測(cè)的結(jié)果就越接近電荷的實(shí)際變化。由此可見，為了減小測(cè)量誤差，要求壓電傳感器測(cè)量電路中必須用高輸入阻抗的放大器。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 36 ? ? 圖 421a為壓電傳感器、電纜和電壓放大器組成的等效電路，圖中 Cp， Rp分別為傳感器的電容量和絕緣電阻值； Cc是電纜的分布電容量； Ci， Ri分別為放大器的輸入電容和輸入電阻。圖 421b中，等效電容 C＝ Cp+Cc+Ci ，等效電阻為 ip RRR111 ??2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 37 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 38 ? 壓電晶片上產(chǎn)生的總電荷量 Q為 ? 式中， Kp為壓電常數(shù)； F為作用在壓電晶片上的交變力。 ? 由于所產(chǎn)生的總電荷量的一部分 使電容 C充電而獲得端電壓 e,即 e= /C,另一部分 經(jīng)電阻 R損失，并在電阻 R上產(chǎn)生壓降，其大小也是 e，即 FKQ P?1Q1Q 2QRdtdQe 2?2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 39 ? 那么有 ? 顯然，壓電傳感器所產(chǎn)生的電壓等于電容 C充電的電壓加損失電壓，即 ? 改寫成： FKQ P??? 21eRdtdeCRdtdFKRdtdQRdtdQRdtdQP ???? 21dtdFRKedtdeRCP??2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 40 ? 設(shè)作用在壓電晶片上的力是交變的， 即 代入可求得微分方程特解 由此可知： ? 1）當(dāng) ω=0時(shí)，放大器輸入電壓 ＝ 0，這說明電壓放大器與壓電傳感器相配，是不適于測(cè)量靜態(tài)參數(shù)的。 tFF m ?s in?? ? 21 RCRFKe Pm ????me2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 41 ? 2）當(dāng) 時(shí)，即在測(cè)量低頻動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)，輸入電壓 。此時(shí)，電壓放大器的輸入電壓與力 F和頻率成正比關(guān)系， 但是隨頻率的下降，電壓放大器的輸入電壓也跟著下降 。 ? 3）當(dāng) 時(shí)，即在測(cè)量高頻動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)，輸入電壓 ，這說明對(duì)于高頻參數(shù)，電壓放大器的輸入電壓不再隨輸入?yún)?shù)的頻率而變，也就是說 只有在頻率越高的條件下，電壓放大器的輸入電壓才能只隨作用力的大小而變化 。 RC /1???RC /1???CFKe Pm /??FRKe Pm ?2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 42 ?電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷成正比的前置放大器。它具有電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。如圖 422。 2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 43 ? 當(dāng)壓電傳感器受外力作用時(shí)產(chǎn)生電荷 Q時(shí)，將向所有的電容充電，此時(shí)放大器輸入端的電壓 為 ： ? 當(dāng) A1 時(shí) ? 放大器的輸出電壓 為： ieie? ?? ?FICPi CACCCQe ????? 1/ACQe fi /?fi CQAee /0 ????2021年 11月 11日 8時(shí) 10分 44 ?結(jié)論：
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