醫(yī)用傳感器壓電式傳感器-文庫吧資料
2025-01-12 01:35本頁面
【正文】 電路可表示成圖所示。 dACa?? 0?第二節(jié) 等效電路和測量電路 當(dāng)壓電晶體在 外力 作用下 ， 其兩個(gè)極面上將出現(xiàn) 極性相反 電量相等的電荷 ∴ 壓電傳感器可以看作 電荷發(fā)生器 ,圖 (a) 同時(shí) ,它也是一個(gè) 電容器 , 晶體上聚集正 、 負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè) 極板 , 極板間物質(zhì)等效于一種 介質(zhì) ,圖 (b) ＋＋＋＋ ―――― q 電極 壓電晶體 (a) 壓電傳感器的等效原理 q Ca (b) 當(dāng)兩極板聚集 異性電荷 時(shí) , 則兩極板呈現(xiàn)一定的 電壓 , 大小為 aaquC?＋＋＋＋ ―――― q 電極 壓電晶體 (a) 壓電傳感器的等效原理 q Ca (b) 0raAACddeee== A、 d 壓電片的面積、厚度 ε0(=1/ π)、 εr 真空、壓電材料的相對介電常數(shù) 電容量 （ a） 等效電壓源 aaquC=一 個(gè) 與 電 容 相串聯(lián) 的電壓源 （ b） 等效電荷源 Ca ua （ a）電壓源 aaq u C=q Ca （ b）電荷源 一 個(gè) 與 電 容 相并聯(lián) 電荷源 電壓靈敏度 auuKF?電荷靈敏度 qqKF?/u q aK K C? q u aK K C?兩者的關(guān)系 壓電傳感器的完整等效電路 （ a） 電壓源 。 ?壓電材料 一、 等效電路 壓電傳感器在受外力作用時(shí) ， 在兩個(gè)電極表面將要聚集電荷 ， 且電荷量相等 ， 極性相反 。 ⑤ 時(shí)間穩(wěn)定性 。 ④ 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 。 ③ 電性能 。 ② 機(jī)械性能 。 對壓電材料特性要求： ① 轉(zhuǎn)換性能 。 － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － 極化方向 電場方向 Ｅ 這種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的現(xiàn)象，就是 逆壓電效應(yīng) 。 這時(shí) ， 陶瓷片內(nèi)的正負(fù)束縛電荷之間 距離也增大 ， 就是說 ， 陶瓷片沿極化方向產(chǎn)生 伸長形變 。 這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象，就是 正壓電效應(yīng) 。 因此 ， 原來吸附在電極上的自由電荷 ， 有一部分被 釋放 ， 而出現(xiàn)放電荷現(xiàn)象 。所以整體上表現(xiàn)為 電中性 。由于束縛電荷的作用，在陶瓷片的電極面上吸附了一層來自外界的 自由電荷 。 當(dāng)外電場強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到 飽和程度 ， 即 極化方向都整齊地 與外電場方向一致 ， 當(dāng)外電場去掉后 電疇的極化方向基本不變 ， 即剩余極化強(qiáng)度很大 。 從而使材料得到極化 。 因此原始的壓電陶瓷呈 中性 ， 不具有壓電性質(zhì) 。 壓電陶瓷是人工多晶鐵電體 ， 原始的壓電陶瓷呈現(xiàn)各向同性不具有壓電性 。 壓電陶瓷產(chǎn)品 ?壓電陶瓷的壓電效應(yīng) 壓電陶瓷： 屬于鐵電體一類的物質(zhì) ,是人工制造的多晶體壓 電材料 , 具有類似鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)的 電疇 結(jié)構(gòu) 電疇 : 分子自發(fā)形成的區(qū)域 ,有一定的極化方向 ,從而存電場 ① 未加電場 ∴ 原始的壓電陶瓷內(nèi) 呈中性 不具有壓電性質(zhì) 。 ? 壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它比石英晶體的壓電靈敏度高得多，而制造成本卻較低，因此目前國內(nèi)外生產(chǎn)的壓電元件絕大多數(shù)都采用壓電陶瓷。 縱向壓電效應(yīng) 橫向壓電效應(yīng) 表面電荷的計(jì)算問題 有一石英晶體，其長度為 5mm，寬度為 4mm，厚度為 10mm，當(dāng)受到壓力 P=10MPa作用時(shí)，求在縱向壓電效應(yīng)的壓縮力作用下產(chǎn)生的電荷量。 1 2 3( ) 0zP P P? ? ? Z軸方向上受到壓力時(shí)： 1 2 3( ) 0xP P P? ? ?1 2 3( ) 0yP P P? ? ?1 2 3( ) 0zP P P? ? ?正負(fù)電荷始終中心重合，所以晶體表面無電荷產(chǎn)生。 X軸方向上受到壓力時(shí)： 結(jié)果： 1 2 3( ) 0xP P P? ? ? 1 2 3( ) 0yP P P? ? ?A面上呈現(xiàn)負(fù)電荷 B面上呈現(xiàn)正電荷 這種沿 X軸施加力，而在垂直于X軸的晶面上產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，就是 “縱向壓電效應(yīng)” 。 ? Y軸 (機(jī)械軸 )， 垂直于兩個(gè)相對的表面，在此軸上加力產(chǎn)生的變形最大。 二、石英晶體 ? Z軸 (光軸 ） ， 是晶體的對稱軸，用光學(xué)方法確定，作為基準(zhǔn)軸。 自然界中大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng) , 但 壓電效應(yīng)十分微弱 壓電材料 分類 分類 具有壓電效應(yīng)的材料稱為 壓電材料 。 壓電效應(yīng)具有 可逆性 ， 利用這一特性可以實(shí)現(xiàn) 機(jī)械能 和 電能 的相互轉(zhuǎn)換 。 壓電效應(yīng) 分類 正壓電效應(yīng) ： 當(dāng)作用力 方向改變 時(shí)，電荷的極性也隨之 改變，常把這種 機(jī)械能 轉(zhuǎn)換為 電能 的現(xiàn)象 稱正壓電效應(yīng) （或 順壓電效應(yīng) ）。 這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象 , 稱為 “ 正壓電效應(yīng) ” 。第 6章 壓電式傳感器 等效電路及測量電路 第 6章 壓電式傳感器 壓電效應(yīng)及材料 壓電傳感器的應(yīng)用 第一節(jié) 壓電效應(yīng) 某些電介質(zhì) , 當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí) , 其內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象 （ 內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對位移 ） , 同時(shí)在它的兩個(gè)表面上
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