【正文】 365 壓電式傳感器的應用 。 365 壓電式傳感器的應用 金屬加工切削力的測量 167。 167。 363 壓電式傳感器及等效電路 )()(1222很大時???icamicamimCCCdFCCCRRdFU???????167。 ? 壓電傳感器的輸出可以是電壓信號，也可以是電荷信號，因此前置放大器也有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。 363 壓電式傳感器及等效電路 壓電元件的 等效電路 dSFdCqUraa ??011??167。 363 壓電式傳感器及等效電路 ? 壓電式傳感器的等效電路 ?由壓電元件的工作原理可知，壓電傳感器可以看作一個 電荷發(fā)生器 。 ? 為了提高靈敏度，常把幾片同型號的壓電元件組合使用： 并聯和串聯 。 167。 167。 362 壓電材料 ? 鈦酸鋇的 壓電系數是石英的 50倍 ，但居里溫度點只有 115℃ ，使用溫度不超過70℃ ，溫度穩(wěn)定性和機械強度都不如石英。 ?在壓電傳感器中多采用 鈦酸鋇 及 鋯鈦酸鉛 壓電陶瓷作為壓電元件。材料內部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇，在無電場作用時，電疇在晶體中雜亂分布，它們的極化效應被相互抵消，因此原始的壓電陶瓷呈中性，不具有壓電性質。 167。 ? 石英晶體（ SiO2） ?優(yōu)點 ： ?絕緣性能好，機械強度高； ?壓電溫度系數小，居里溫度點高； ?缺點 ： ?資源少，價格較貴； ?壓電系數低。 ? 在自然界中大多數晶體具有壓電效應，但壓電效應十分微弱，隨著對材料的深入研究，發(fā)現 石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛 等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。 361 壓電效應 167。 361 壓電效應 石英晶體的壓電效應可以概括為： ①無論是正或逆壓電效應，其作用力（或應變）與電荷（或電場強度）之間呈線性關系； ②晶體在哪個方向上有正壓電效應，則在此方向上一定存在逆壓電效應； ③石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應的。 167。 361 壓電效應 ?縱向壓電效應 ?橫向壓電效應 ：在 Y－ Y方向受力產生的壓電效應，其電荷分布與 X－ X方向受力所產生的壓電效應情況相反；當 Y方向受壓時（ FY0）， X正半軸方向產生負電荷， X負半軸方向產生正電荷 。 361 壓電效應 Z X Y (a) (b) 石英晶體 (a)理想石英晶體的外形 (b)坐標系 Z Y X ?晶體 縱向壓電效應 :通常把沿電軸 X－ X方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為 “ 縱向壓電效應 ” ； 橫向壓電效應 :而把沿機 械軸 Y－ Y方向的力作用 下產生電荷的壓電效應 稱為 “ 橫向壓電效應； 沿光軸 Z－ Z方向受力則 不產生壓電效應。 ? 壓電效應具有可逆性。 ? 晶體受作用力產生的電荷量與外力的大小成正比，這種機械能轉換為電能的現象稱為 正壓電效應。 36 壓電式傳感器 167。 ? 應用： ?拾音器、壓電引信、燃氣點火具。 ?目前多用于加速度和動態(tài)力學或壓力的測量。 ? 壓電傳感器的 工作原理 是基于某些晶體受力后在其表面產生電荷的 壓電效應 。 36 壓電式傳感器 第六節(jié) 壓電式傳感器 ? 壓電傳感器是典型的 有源傳感器 。 167。 34 電感式傳感器 2. 微壓力變送器 將差動變壓器和彈性敏感元件 （ 膜片 、 膜盒和彈簧管等 ） 相結合 ，可以組成各種形式的壓力傳感器 。 可測量的振幅為(～ 5)mm， 振動頻率為 (0～ 150)Hz。 34 電感式傳感器 ?應用 測量振動 、 厚度 、 應變 、 壓力 、 加速度等各種物理量 。 在次級線圈中感應出電壓 e21和 e22，其值分別為 初級線圈對兩次級線圈的互感系數： 167。 34 電感式傳感器 ?????????12221121IMjeIMje????11212121 mRNNINM ??? ?21212222 mRNNINM ??? ?N2為次級線圈匝數。 34 電感式傳感器 ? 等效電路 ～ ～ e2 R21 R22 e21 e22 e1 R1 M1 M2 L21 L22 L1 I1 ～ 在理想情況下 (忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗 )， 差動變壓器的等效電路如圖 。 167。 ? 結構：變隙式、變面積式和螺管式。 二、互感式傳感器 ? 把被測的非電量變化轉換為線圈互感變化的傳感器稱為 互感式傳感器 。 34 電感式傳感器 167。 這種差動螺管式自感傳感器的測量范圍為 (5～ 50)mm,非線性誤差在 ％ 左右 。 167。 螺管線圈內磁場分布曲線 r x l H（ ） IN l x（ l） 鐵芯在開始插入（ x=0）或幾乎離開線圈時的靈敏度，比鐵芯插入線圈的 1/2長度時的靈敏度小得多。 34 電感式傳感器 ? 線圈電感： l——線圈長度 rc——銜鐵半徑 r——平均半徑 μr——鐵心的有效磁導率 N——匝數 lc——銜鐵進入線圈的長度 ? ?ccr rllrlNL )1(4 2222??? ???若被測量與 Δ lc成正比，則 Δ L與被測量也成正比。當用恒流源激勵時，則線圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關。 ? 單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形鐵芯。2)(11?????????????rllll?? ???靈敏度： 線性度： 167。當銜鐵 3移動時，一個線圈的自感增加，另一個線圈的自感減少，形成差動形式。 ? 工作原理如下： 167。 ? 由于以上特點，為了減小非線性誤差，則要限定 lδ的范圍，因此 變間隙式傳感器只能用于微小位移的測量。 34 電感式傳感器 167。 Δ L Δ lδ 自感變化靈敏度為： ? ?rL lllLlLK???? ???????11? ?rllll?? ????????11線性度 lδ L ΔL1 ΔL2 L0 lδ0 結論： ① 當氣隙 lδ 發(fā)生變化時 ， 自感的變化與氣隙變 化均呈非線性關系 ， 其非線性程度隨氣隙相對變化Δ lδ /lδ 的增大而增加； ②氣隙減少 Δ lδ 所引起的自感變化 Δ L1與氣隙增加同樣 Δ lδ 所引起的自感變化 Δ L2并不相等，即 Δ L1＞ Δ L2，其差值隨 Δ lδ /lδ 的增加而增大。當 lδ ＝ 0時， L為 ∞ ，考慮導磁體的磁阻，當 lδ ＝ 0時，并不等于 ∞ ，而具有一定的數值，在 lδ較小時其特性曲線如圖中虛線所示。 167。 ???????? ????SlSlSlNRNLm 022211122????167。 mRNL 2?SlSlSlRm0222111???????由磁路基本知識知，線圈自感為 : 線圈匝數 磁路總磁阻 (鐵芯與銜鐵磁阻和空氣隙磁阻 ) 磁路總磁阻為 : 167。 ? lδ 的變化，由于銜鐵與其同步移動，將引起磁路中氣隙磁阻發(fā)生相應的變化，從而導致線圈電感的變化。 圖中點劃線表示磁路，磁路中空氣隙總長度為 lδ 。 34 電感式傳感器 電渦流式 按轉換原理分：自感式和互感式 ? 種類 差動變壓器 按結構形式分：氣隙型和螺管型 ? 應用：廣泛的用于位移、振動、壓力、應變、流量、比重等參量的測量 167。 167。 ? 優(yōu)點：結構簡單，工作可靠，測量精度高，輸出功率大；能實現信息的遠距離傳輸。 33 電容式傳感器 ? 差動式電容傳感器的優(yōu)點： 提高了靈敏度 降低了非線性誤差 抑制了溫漂，降低了誤差 167。 33 電容式傳感器 相對變化量為： 略去高次項， 相對非線性誤差為： 結論： 電容傳感器做成差動