[工學]第7章壓電式傳感器-資料下載頁
2025-02-16 23:55本頁面
【正文】 中高溫環(huán)境下應用的壓電式傳感器 。 如航空發(fā)動機最大的振動一般發(fā)生在渦輪軸附近 ， 這里的溫度高達 650℃ 以上 ， 且留給傳感器安裝的空間又很小 。采用壓電式加速度傳感器測量 ， 它不僅耐高溫 、 而且體積小 ，能安裝在渦輪發(fā)動機軸承機匣上 ， 能相當準確的測量出發(fā)動機的最大振動 。 現(xiàn)在許多機種的發(fā)動機振動檢測系統(tǒng)中都采用了壓電式加速度傳感器 。 3． 沖擊和振動測試 沖擊和振動是自然界和生產(chǎn)過程中普遍存在的現(xiàn)象 ， 幾乎每一種機械設備和建筑都存在振動問題 。 由于振動現(xiàn)象和形成機理復雜 ， 所以在觀察 、 分析 、 研究機械動力系統(tǒng)產(chǎn)生振動的原因及規(guī)律時 ， 除理論分析外 ， 直接測量始終是一個重要的必不可少的手段 。 例如 ， 機床工作時產(chǎn)生振動 ， 不僅會影響機床的動態(tài)精度和被加工零件的質(zhì)量 ， 而且還要降低生產(chǎn)效率和刀具的耐用度 ， 振動劇烈時還會降低機床的使用性能 。 通過動態(tài)實驗 ， 采用壓電式加速度傳感器進行檢測 ，模態(tài)分析 ， 可充分了解各種機床的動態(tài)特性 ， 找出機床產(chǎn)生受迫振動 ， 爬行以及自激振動 （ 顫振 ） 的原因 ， 從中尋找出防止和消除機床振動的方法和提高機床抗振性能的途徑 。 還有如車輛道路模擬實驗 ， 火車環(huán)境振動測量分析 ， 人體的動態(tài)特性研究等很多方面 ， 壓電式加速度傳感器都有著廣泛的應用 。 壓電式壓力傳感器 壓電式壓力傳感器的原理 工作原理 當壓力 p作用在膜片上時，將在壓電元件上下表面上產(chǎn)生電荷，電荷量與作用力成正比 q = Fdij。 由上式可知，輸出 電荷量與輸入壓力成正比 關(guān)系，一般壓電式壓力傳 感器的線性較好 pSF ?ijp S dq ? 引線插針絕緣體殼體壓電元件 膜片絕緣體 p 靈敏系數(shù) 壓電式壓力傳感器的靈敏系數(shù)是指其輸出電荷量（電荷或電壓）與輸入量（壓力）的比值，也可以分別用電荷靈敏系數(shù)和電壓靈敏系數(shù)來表示。 電荷靈敏系數(shù) 電壓靈敏系數(shù) pqK q ?pUK U a? 由式 知，電荷靈敏系數(shù)也可表示為 由于 Ua=q/Ca，所以電壓靈敏系數(shù)也可下式表示 由以上分析可知，為了提高壓電式壓力傳感器的靈敏度，應選用壓電系數(shù)大的壓電材料做壓電元件。此外也可以加大壓電元件的受力面積，增加電荷量的辦法來提高靈敏度。但是，增大受力面積不利于傳感器的小型化。因此，一般采用多片壓電元件疊加在一起，按電容的串聯(lián)和并聯(lián)連接方式來提高傳感器的靈敏度。 ijpSdq ?SdK ijq ?aCSdk ijU ? 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)及應用 壓電式壓力傳感器可測工作頻率 10～ 105Hz的動態(tài)壓力，幅值可達 104～ 109Pa。 壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu) 常用的壓電式壓力傳感器是膜片型結(jié)構(gòu)，膜片可采用圖所示結(jié)構(gòu)。常用材料有石英晶體和壓電陶瓷，尤其石英晶體穩(wěn)定性好。 （ c ）（ a ） （ b ） 絕緣套 后座 （芯體） 外殼 墊圈 石英晶片 導電片 石英晶片 傳力塊 膜片 p 預緊筒殼體絕緣套導線柱芯體絕緣套電極晶片組膜片 （ b ） （ a ） 膜片型的壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，輕便全密封，端（膜片及傳力塊）動態(tài)質(zhì)量小，具有較高的諧振頻率。 這種結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，具有較高的靈敏度和分辨率，利于小型化。缺點是壓電晶片的預壓緊力是通過外殼與芯體間螺紋連接擰緊芯體施加的，將使膜片產(chǎn)生彎曲，造成線性與動態(tài)特性變差；還直接影響各組件間接觸剛度，改變傳感器固有頻率。溫度變化時，膜片變形量變化，壓緊力也變化。 為消除預加載時引起膜片變形 ， 采用了預緊筒加載結(jié)構(gòu) ， 預緊筒是一個薄壁厚底的金屬圓筒 ， 通過拉緊預緊筒對石英晶片組施加預壓緊力 ， 并在加載狀態(tài)下用電子束將預緊筒與芯體焊成一體 。 膜片是后焊接到殼體上去的 。 壓電式壓力傳感器的應用 壓電式壓力傳感器的動態(tài)測量范圍很寬 ， 頻響特性好 ，能測量準靜態(tài)的壓力和高頻變化的動態(tài)壓力 。 除此之外 ， 還具有結(jié)構(gòu)堅實 、 強度高 、 體積小 、 質(zhì)量輕 、 耐高溫 、 使用壽命長等優(yōu)點 。 因此廣泛應用于內(nèi)燃機的氣缸 、 油管 、 進排氣管的壓力測量 。 在航空上的應用更有它特殊的作用 ， 例如在高超音速脈沖風洞中 ， 用它來測量風洞的沖激波壓力；在飛機上 ， 用它來測量發(fā)動機燃燒室的壓力 。 壓電式壓力傳感器在軍事工業(yè)上的應用范圍也很廣 。 例如 ， 用它來測量槍 （ 炮 ） 彈在膛中擊發(fā)一瞬間的膛壓變化 ，以及炮口的沖擊波壓力等 。 目前普遍采用的美國陸軍測試標準中的火炮膛壓測量 ， 使用的就是壓電式壓力傳感器 。 壓電式力傳感器 壓電式力傳感器測力動畫演示 壓電式振動加速度傳感器 作業(yè)： ? 1 什么是壓電效應 ? 2 畫出壓電傳感器的等效電路 ? 3 石英晶體 X 、 Y 、 Z 軸的名稱及特點是什么。
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