第六章壓電式傳感器-在線瀏覽
2024-09-11 17:47本頁面
【正文】 壓電效應(yīng)的物理解釋 石英晶體 sio2， 3個(gè)硅離子 Si4+離子 , 6個(gè)氧離子O2。 微觀分子結(jié)構(gòu)為一個(gè)正六邊形 。 （ 1） 未受外力作用時(shí) , 正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上 , 形成三個(gè)互成 120176。 如圖 a所示。正負(fù)電荷中心重合，晶體垂直 X軸表面不產(chǎn)生電荷。 （ 2） 受 x軸方向的壓力作用時(shí) , 晶體沿 x方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形 , 正負(fù)離子的相對(duì)位置也隨之變動(dòng) 。 在 x軸的正方向出現(xiàn)負(fù)電荷 , 電偶極矩在 y方向上的分量仍為零 , 不出現(xiàn)電荷 。 在垂直于 x軸正方向出現(xiàn)正電荷 , 在 y軸方向上不出現(xiàn)電荷。 石英晶體的機(jī)械強(qiáng)度很高，可用來測(cè)量大量程的力和加速度。故 — 般只用在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器或精度很高的傳感器中 。 材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇 , 它有一定的極化方向 , 從而存在電場(chǎng) 。因此原始的壓電陶瓷呈中性 , ② 加電場(chǎng) 電疇方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) , 趨向于按外電場(chǎng)方向的排列 , 從而使材料得到極化。 讓外電場(chǎng)強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度 , 即所有電疇極化方向都整齊地與外電場(chǎng)方向一致時(shí) , 外電場(chǎng)去掉后 , 電疇的極化方向基本不變 , 即剩余極化強(qiáng)度很大 , 這時(shí)的材料具有壓電特性。這種因受力而產(chǎn)生的由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦?yīng) , 將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿默F(xiàn)象 , 就是壓電陶瓷的正壓電效應(yīng) 。 極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強(qiáng)度和特性與溫度有關(guān) , 它的參數(shù)也隨時(shí)間變化 , 從而使其壓電特性減弱 。 它是由碳酸鋇和二氧化鈦按一定比例混合后燒結(jié)而成的 。 目前使用較多的壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛 （ PZT系列 ） , 它是鈦酸鋇 （ BaTiO3)和鋯酸鉛 （ PbZrO3） 組成的 Pb（ ZrTi）O3。 鈮鎂酸鉛是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的壓電陶瓷 。Nb ） O3)、 鋯酸鉛 (PbZrO3)和鈦酸鉛(PbTiO3)按不同比例配成的不同性能的壓電陶瓷 , 具有極高的壓電系數(shù)和較高的工作溫度 , 而且能承受較高的壓力 。根據(jù)具體俏況選擇合適的壓電常數(shù) 。39。特點(diǎn)：輸出電荷大，時(shí)間常數(shù)大，適合測(cè)慢速信號(hào)，以電荷為輸出的場(chǎng)合。39。特點(diǎn)：輸出電壓大，電容、時(shí)間常數(shù)小，適合以電壓為輸出，高輸入阻抗的場(chǎng)合。 第四節(jié) 等效電路與測(cè)量電路 一、 壓電式傳感器的等效電路 壓電元件兩電極間的壓電陶瓷或石英晶體為絕緣體，因此可以構(gòu)成一個(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) , 則其電容量為： 0raSC ????壓電傳感器也可以等效為一個(gè)電荷源與一個(gè)電容并聯(lián) 。 電壓源 電壓靈敏度與電荷靈敏度之間的關(guān)系為： quakkC?二 、 測(cè)量時(shí) ， 需把壓電傳感器用電纜接于前置放大器 ， 前置放大器作用 ： 一是放大傳感器輸出的微弱信號(hào) 二是把它的高輸出阻抗變
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