传感器与检测技术精品中职凤凰03 教学课件项目05 压电式传感器的应用.ppt

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1、传感器与检测技术任务压电传感器在振动测量中的应用项目五压电式传感器的应用1.掌握压电传感器的工作原理。2.掌握压电传感器测量振动的方法。学习重点项目五压电式传感器的应用某些电介质如石英、钛酸钡等，在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的等量电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。能产生压电效

2、应的电解质被称为压电材料或者压电元件，依据压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。原理图如图所示。一、压电效应任务一压电传感器在振动测量中的应用在晶体的弹性限度内，压电材料受力后，产生的电荷Q和所施的力F之间的关系是：Q=dF式中：d—压电材料的压电系数。压电效应原理图任务一压电传感器在振动测量中的应用一、压电效应压电效应原理图任务一压电传感器在振动测量中的应用一、压电效应在生产生活中，有很多场合会用到压电效应，比如电子打火机就是利用正压电效应来点火的，其原理是利用压电材料构成的电子火石通过敲击，产生高压，并且通过尖端放电来点燃火焰，其实很多的煤气灶和电子点

3、火枪都是采用这种方式来点火的。还可以利用正压电效应原理制作的压电键盘等。任务一压电传感器在振动测量中的应用一、压电效应正压电效应的应用任务一压电传感器在振动测量中的应用一、压电效应利用逆压电效应原理工作的设备也很多，比如在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具就会在被按压时发出逼真有趣的蜂鸣声，如果将高频电信号加在压电元件上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号，利用该原理可以制造麦克风、立体声耳机和高频扬声器等，还应用于制造超声波探头。任务一压电传感器在振动测量中的应用一、压电效应逆压电效应的应用任务一压电传感器在振动测量

4、中的应用一、压电效应常用的压电材料一共有三种：压电晶体、经过极化处理的压电陶瓷、高分子压电材料。1.石英晶体压电晶体一般指压电单晶体，如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。水晶（α石英）是一种有名的压电晶体，它理想的几何形状为正六面体晶柱，如图所示。二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用石英晶体二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用它是二氧化硅的单晶体。石英等压电单晶压电系数很小，介电常数很低，但稳定性很高，在20℃～200℃的范围内压电常数的变化率只有-0.0001/℃，多用来作标准频率控制的振子、高选择性

5、（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用2.压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的一种多晶压电体。压电陶瓷由无数单晶（电畴）组成，电畴的结构与铁磁材料磁畴结构类似。虽然每个单晶（电畴）都有压电效应，但是组成多晶之后，各单晶（电畴）的压电效应相互抵消，所以原始的压电陶瓷没有压电效应，必须经过极化处理。极化处理就是在一定温度条件下，对压电陶瓷加上强电场，使陶瓷内部电畴定向排列，从而使陶瓷具有压电性能。当压电陶瓷极化处理后，陶瓷材料内部存有很强的剩余极化强度。当陶瓷材料受到外力作用时，电畴的界限发生移动，引起极化强

6、度变化，产生了压电效应。二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用陶瓷极化过程示意图二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用经极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数，约为石英晶体的几百倍，但机械强度较石英晶体差，由于压电陶瓷的制造成本较低，因此目前国内外生产的压电元件绝大多数都采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷材料有锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT）及非铅系压电陶瓷（如BaTiO3等），如图所示。二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用各类压电陶瓷片二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用3.高分子压电材料高分子压电材料又称压电聚合物，如偏聚氟乙

7、烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。这类材料是化学性能稳定的柔性材料，成型性能良好、耐冲击、弹性柔软性好，可制造大面积薄膜。其声阻抗与水接近，能很好地与水介质匹配，可用来制作频率较高的换能器以及宽频带水听器。二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用压电薄膜传感器二、压电材料任务一压电传感器在振动测量中的应用1.压电元件的并联与串联制作压电传感器时，可采用两片或两片以上具有相同性能的压电晶片粘贴在一起使用，接法分成并联与串联两种。如图所示，如果将两片压电晶片的负极都集中在中间电极上，正极在上下两面电极上，此种接法称为并联，其输出

8、电容及极板上的电荷分别为单块晶体片的两倍，而输出电压