壓電式力學(xué)量傳感器-文庫吧資料
2025-05-05 08:53本頁面
【正文】 器的輸出與輸入反相，若放大器的開環(huán)增益足夠高，則運(yùn)算放大器的輸入端 a點(diǎn)的電位接近“地”電位。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 32 電荷放大器 ? 電荷放大器是壓電式傳感器另一種專用的前臵放大器。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 31 優(yōu)點(diǎn) (2)： ? 最為突出的是這種傳感器能直接輸出一個(gè)高電平、低阻抗的信號(hào) 〔 輸出電壓可達(dá)幾伏 )， 它可以用普通的同軸電纜輸出信號(hào)，一般不需要再附加放大器，只有在測量低電平振動(dòng)時(shí)，才需要再放大，并可很容易直接輸至示波器、帶式記錄器、檢流計(jì)和其它普通的指示儀表。 這樣 ， 引線非常短 ， 引線電容幾乎等于零 ， 就避免了長電纜對(duì)傳感器靈敏度的影響 。 電纜長，電纜電容 Cc就大 ，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低 ? 解決電纜問題的辦法是將放大器裝入傳感器之中，組成 一體化傳感器 。 ω R 1討論： 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 29 為了滿足阻抗匹配要求，壓電式傳感器般都采用 專門的前置放大器 。 2. 但這不能靠增加測量回路的電容量來提高時(shí)間常數(shù)， 因?yàn)閭鞲衅鞯?電壓靈敏度 Sv是與電容成反比。 結(jié)論： Uim Uam ___ 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 28 1. 如果被測物理量是緩慢變化的動(dòng)態(tài)量，而測量回路的時(shí)間常數(shù)又不大，則造成傳感器靈敏度下降。 這說明 ， 壓電式傳感器的 高頻響應(yīng) 是相當(dāng)好的 。 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 24 電壓放大器 (阻抗變換器） 輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比 Ra: 傳感器絕緣電阻 Ri：前置放大器輸入電阻 Ca：傳感器內(nèi)部電容 Cc：電纜電容 Ci：前置放大器輸入電容 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 25 前置放大器的輸入電壓： 作用在壓電元件上力為 F： 在力 F作用下產(chǎn)生的電荷： 復(fù)數(shù)形式 理想情況下， R很大 令 Uim:實(shí)際輸入電壓的幅值 Uam:傳感器開路電壓的輻值 幅值： 相位差： 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 27 靜態(tài)力 (ω ＝ 0)時(shí) ， 則前置放大器的輸入電壓等于零 ， 這也就從原理上決定了壓電式傳感器不能測量 靜態(tài)物理量 ； ω/ω 1》 1時(shí) ， 即 ωτ 》 1時(shí) ， 也就是作用力的變化頻率與測量回路的時(shí)間常數(shù)的乘積遠(yuǎn)大于 1時(shí) ， 前置放大器的輸人電壓 Uim隨頻率的變化不大 。 ? 前置放大器有兩個(gè)作用 ， 第一是把壓電式傳感器的微弱信號(hào)放大；第二是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出 。 ? 因此常在壓電式傳感器輸出端后面 ， 先接入一個(gè) 高輸入阻抗的前置放大器 ， 然后再接一般的放大電路及其它電路 。 并聯(lián) Q`＝ 2Q， U `＝ U， C`＝ 2C 串聯(lián) Q`＝ Q， U `＝ 2U ， C `＝ C/2 并聯(lián) 串聯(lián) 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 21 ?在這兩種接法中 ， 并聯(lián)接法輸出電荷大 、 本身電容大 、 時(shí)間常數(shù)大 ， 適宜用在測量 慢變信號(hào) 并且以 電荷作為輸出量 的地方 ，而串聯(lián)接法輸出電壓大 ， 本身電容小 ， 適宜用于 以電壓作輸出信號(hào) ， 并且 測量電路輸入阻抗很高 的地方 。 ③ 放電電荷的多少與外力的大小成比例關(guān)系 機(jī)理 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 17 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 18 壓電式傳感器的等效電路 電荷等效電路 電壓等效電路 Ca=εs/h U=Q/Ca 可等效為兩種形式： ?電壓源 ?電荷源 只有外電路負(fù)載無窮大，內(nèi)部也無漏電時(shí)，U才能保存下來 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 19 ?CC:連接電纜的等效電容 （ 傳感器與測量儀表連接 ） ?Ri:放大器的輸入電阻 ?Ci:輸入電容 ?Ca:傳感器的電容 ?Ra:傳感器的漏電阻 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 20 ? 在壓電式傳感器中 ， 壓電材料一般不用一片 ， 而常常采用兩片(或是兩片以上 )粘結(jié)在一起 。 ② 當(dāng)壓力撤消后 ， 陶瓷片恢復(fù)原狀 ， 片內(nèi)的正 、 負(fù)電荷之間的距離變大 ， 極化強(qiáng)度也變大 ， 因此電極上又吸附一部分自由電荷而出現(xiàn) 充電現(xiàn)象 。 壓電陶瓷 — 人工制造的多晶體 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 14 壓電陶瓷產(chǎn)生壓電效應(yīng)的原理 ?極化前 ， 晶粒內(nèi)存在許多自發(fā)極化的電疇 。 ④ 鈮鎂酸鉛壓電陶瓷 (PMN)。 在鈮酸鉛中用鋇或鍶替代一部分鉛 ， 可引起性能的根本變化 ， 從而得到具有較高機(jī)械品質(zhì)因素 Qm的鈮酸鹽壓電陶瓷 。 這一系中是以鐵電體鈮酸鉀和鈮酸鉛為基礎(chǔ)的 。 ② 鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷 (PZT)． 壓電系數(shù)較高 (d33 ＝ (200500) 12C／ N )， 各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度 、 時(shí)間等外界條件的變化小 ， 在鋯鈦酸鉛的基方中添加一二種微量元素 ， 如 La、Nb、 Sb、 Sn、 Mn、 W等 ， 可以獲得不同性能的 PZT材料 。 壓電晶體 電子科技大學(xué) 傳感技術(shù)課程組 制作 13 ① 鈦酸鋇 (BaTiO
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