【文章內容簡介】 達。由于電容 C 包括了 Ca、 Ci 和 Cc，其中電纜對地電容 Cc 比 Ca 和 Ci 都大，故整個測量系統(tǒng)對電纜對地電容 Cc 的變化非常敏感。連接電纜的長度和形態(tài)變化會引起 Cc 的變化，導致傳感器輸出電壓 u的變化，從而使儀器的靈敏度也發(fā)生變化。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 ② 電荷放大器 是一個高增益帶電容反饋的運算放大器，當略去傳感器漏電阻及電荷放大器輸人電阻，它的等效電路如下圖 (338)所示。 由于忽略漏電阻 i i yi i ya c i ff( )( )() =C C C CCCq u u uu u u?? ???運算放大器的開環(huán) 增益為 A，則有 fyf()A qACuCC????若 A足夠大，則 ff()CCA C?? ?簡化為 fyu Cq?? 式 (339)表明，在一定條件下， 電荷放大器 的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，并且與電纜分布電容無關。因此，采用 電荷放大器 時， 即使連接電纜長度達百米以上時，其靈敏度也無明顯變化 ，這是電荷放大器 突出的優(yōu)點 。但與電壓放大器相比，其 電路復雜，價格昂貴 。 (339) 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 5. 壓電式傳感器的應用 常用來測量應力、壓力、振動的加速度，也用于聲、超聲和聲發(fā)射等測量。 壓電效應是力 — 電荷變換，可直接用作測力?，F(xiàn)在己形成系列的 壓電式力傳感器 ，測量范圍從微小力值 103 N到 104 kN ，動態(tài)范圍一般為 60dB；測量方向有單方向的，也有多方向的。形式如下： ① 利用膜片式彈性元件，通過膜片承壓面積將壓力轉換為力。膜片中間有凸臺，凸臺背面放置壓電片。力通過凸臺作用于壓電片上，使之產生相應的電荷量。 ② 利用活塞的承壓面承受壓力，并便活塞所受的力通過在活塞另一端的頂桿作用在壓電片上。測得此作用力便可推算出活塞所受的壓力。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 現(xiàn)在廣泛采用壓電式傳感器來 測量加速度 。此種傳感器的壓電片處于其殼體和一質量塊之間，用強彈簧 (或預緊螺栓 )將質量塊、壓電片緊壓在殼體上。運動時，傳感器殼體推動壓電片和質量塊一起運動。在加速時，壓電片承受由質量塊加速而產生的慣性力。 ? 按不同需要做成不同靈敏度、不同量程和不同大小，形成系列產品。大型 高靈敏度加速度計靈敏閾 可達 106 gn (gn 標準重力加速度 )，但其測量上限也很小，只能測量微弱振動。而 小型的加速度計僅重 0149 g， 靈敏度雖低 ，但可測量 上千 gn的強振動。 ?壓電式傳感器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開始，高端截止頻率取決于結構的連接剛度，一般為 數(shù)十赫到兆赫的量級 ，這使它廣泛用于各領域的測量。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 壓電式傳感器內阻很高，產生的電荷量很小，易受傳輸電纜雜散電容的影響，必須采用前面已談到的阻抗變換器或電荷放大器。已有將阻抗變換器和傳感器集成在一起的集成傳感器，其輸出阻抗很低。 由于電荷的泄漏，使壓電式傳感器實際上低端工作頻率無法達到直流，難以精確測量常值力。在低頻振動時，壓電式加速度計振動圓頻率小，受靈敏度限制，其輸出信號很弱，信噪比差。尤其在需要通過積分網絡來獲取振動的速度和加速度值的情況下，網絡中運算放大器的漂移及低頻噪聲的影響，使得難于在小于 1Hz的低頻段中應用壓電式加速度計。 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 壓電式傳感器一般用來測量沿其軸向的作用力，該力對壓電片產生 縱向效應 并產生相應的電荷，形成傳感器通常的輸出；然而，垂直于軸向的作用力，也會便壓電片產生 橫向效應 和相應的輸出，稱為橫向輸出。與此相應的靈敏度，稱為 橫向靈敏度 。對于傳感器而言， 橫向輸出是一種干擾和產生測量誤差的原因 。使用時，應該選用橫向靈敏度小的傳感器。一個 壓電式傳感器各方向的橫向靈敏度是不同的。為了減少橫向輸出的影響，在安裝使用時，應力求使最小橫向靈敏度方向與最大橫向干擾力方向重合。 環(huán)境溫度、濕度的變化和壓電材料自身的時效，都會引起壓電常數(shù)的變化，導致壓電傳感器靈敏度的變化 → 經常校準是十分必要的 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 產品 加速度計 壓電式傳感器 力傳感器 壓力變送器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 案例：飛機模態(tài)分析 壓電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 三、熱電式傳感器 把被測量（主要是溫度的）變化轉換成電量變化， 其變換是基于 金屬的熱電效應 。 按變換方式的不同，可分為 熱電偶 和 熱電阻 傳感器。 1. 熱電偶 工作原理 → 熱電效應 將兩種不同材料的導體 A和 B串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產生熱電勢，形成電流，此現(xiàn)象稱為 熱電效應 。 熱電式傳感器 華中科技大學機械學院 測試技術與信號處理 由兩種導體的組合并將溫度轉化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶 。如圖所示的熱電偶回路中，所產生的熱電動勢是由 溫差電動勢 和 接觸電動勢 兩部分組成。 ?溫差電動勢 ： 在同一 導體的兩端因其溫度 不同而產生的一種 熱電動勢。 由于高溫 端 (T ) 的電子能量比 低溫端 (T0 )的電子能量