力與壓力的檢測(cè)ppt課件-文庫(kù)吧資料
2025-01-18 10:39本頁(yè)面
【正文】 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測(cè)力 作用力與電荷的 關(guān)系 在 x 軸方向施加壓力時(shí)，石英晶體的 x 軸正向帶正電；如果作用力 Fx改為拉力，則在 垂直 于 x 軸的平面上仍出現(xiàn)等量電荷，但極性相反，如 圖中 (a)、(b)所示。由于壓電晶體是絕緣體，當(dāng)它的兩極表面聚集電荷時(shí)， 它相當(dāng)于 一個(gè)電容器。 d11—— x方向受力的壓電 系數(shù) 即得 1 1 1 1 1 1 xxFP d dbc???11 xqPbc?11xxq d F?力與壓力的檢測(cè) 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測(cè)力 作用力與電荷的 關(guān)系 反之，若沿 x 方向?qū)┘与妶?chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 Ex 。 當(dāng)晶片 受到沿 x 軸方向的壓縮應(yīng)力 σx作用時(shí)，晶片將產(chǎn)生厚度變形，并發(fā)生極化現(xiàn)象。這就表明，在沿 z的力作 用下，晶體不產(chǎn)生 壓電效應(yīng)。晶體 在 y軸方向 的力 作用 下，在 x方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在 y、 z 方向同樣不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 可見(jiàn) ，沿 x(電軸 )方向的力 Fx作用時(shí) ，只在 x 方向產(chǎn)生正壓 電效應(yīng)。此時(shí)正、負(fù)電荷中心不再重合，電偶極矩 P1 減小， P P3 增大 ，它們 在 X方向上的分量不再等于零 ， (P1+P2+P3 )x 0 (P1+P2+P3 )y =0 (P1+P2+P3 )z =0 可以看出，在 x 軸的正方向出現(xiàn)正電荷，在 y軸和 z 軸方向則不出現(xiàn)電荷。 夾角的電偶極矩 P P P3， 因?yàn)? P = qL，此時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩的 矢量 和等于零，即 P1+P2+P3 = 0 所以晶體表面不產(chǎn)生電荷，呈電中性。 下面是一個(gè)單元組體中構(gòu)成 石英晶體 的硅離子 Si4+ 和 氧離子 O2 在 垂直于 z 軸的 xy 平面上的投影。 如 q1表示法向矢量為 x的兩個(gè)面產(chǎn)生的電荷。機(jī)軸也有 3個(gè)。 電軸 有 3個(gè)。 力與壓力的檢測(cè) 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測(cè)力 石英晶體的壓電 機(jī)理 石英的晶體結(jié)構(gòu)為六方晶體系，化學(xué)式為 SiO2 定義 ： z光軸：晶體對(duì)稱中心 軸 oz，光線沿 z軸通過(guò)時(shí)不產(chǎn)生雙折射，無(wú)壓電效應(yīng)。 力與壓力的檢測(cè) 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測(cè)力 壓電片在某特定平面上所產(chǎn)生的電荷量可由下式?jīng)Q定 Q=dF=dKε Q —— 在某特定面上產(chǎn)生的電荷量； d—— 壓電常數(shù)，與壓電片材料、切片方向以及受力方向及性質(zhì) (正應(yīng)力或切應(yīng)力 )、在何平面上測(cè)量電荷等因素有關(guān) (有專用表格可查找 )； K —— 壓電片的剛度； ε—— 壓電片的變形量。多用于定性測(cè)量。多用于一般要求的測(cè)量。如實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)檢驗(yàn)、精密測(cè)量等。突出的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，但壓電常數(shù)較小。 —— 逆 壓電效應(yīng) （電致伸縮效應(yīng)） 〖 注意 〗 當(dāng)外加作用力從壓力變?yōu)槔r(shí)，介質(zhì)表面上產(chǎn)生的電荷會(huì)改變符號(hào)即壓電效應(yīng)具有 極性。 【 工作原理 】 某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài) 。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小重量輕、工作頻率寬、靈敏度及可靠性高。 力與壓力的檢測(cè) 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 壓電式傳感器測(cè)力 壓電式傳感器是一種典型的 自發(fā)電式傳感器 （有源）。 31/2位 A/D，轉(zhuǎn)換器 ICL7126的參考電壓輸入正端，由 RP2中間觸頭引入，負(fù)端則由RP3的中間觸頭引入。 IC3將經(jīng)轉(zhuǎn)換后的弱電壓信號(hào)進(jìn)行放大，作為 A／ D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入。傳感器 R1采用E350~ZAA箔式電阻應(yīng)變片，其常態(tài)阻值為 350 Ω 。 c全橋式 (雙臂工作 )。 a半橋式 (單臂工作 )。 【 注 】 同向?qū)Ρ?；異向鄰?[差動(dòng)電橋 ]。 1 3 2 401 4 2 3( ) ( )iR R R RUUR R R R????1 4 2 31 2 3 4( ) ( )iR R R RRR R R R???? ? ?231401 4 2 3RRRRRR R R R????力與壓力的檢測(cè) 傳感器技術(shù) 叁 武 漢 軟 件 工 程 職 業(yè) 學(xué) 院 WUHAN VOCATIONAL COLLEGE OF SOFTWARE AND ENGINEERING 電阻應(yīng)變片 傳感器測(cè)力 測(cè)量 轉(zhuǎn)換 電路 —— 不平衡電橋 現(xiàn)假設(shè)四臂電阻變化為 ΔR ΔR ΔR ΔR4， 則 考慮 到 R1R3=R2R4及 ΔRiRi ， 若設(shè) R1/ R
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