压电式传感器(微课竞赛用)ppt课件.ppt

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1、6.1压电效应及压电材料6.2压电传感器测量电路6.3压电式传感器的应用第6章压电式传感器第6章压电式传感器压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应,是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时,其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有体积小,重量轻,工作频带宽等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量,以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。压电式传感器是基于某些物质的压电效应

2、原理工作的。按转换方式压电效应可以分为正压电效应和逆压电效应。6.1压电效应及压电材料雅克·居里（JacquesCurie）（1856年10月29日-1941年），法国物理学家，蒙彼利埃大学教授。皮埃尔·居里(PierreCurie)(1859-1906)居里兄弟压电效应他们发现了一些晶体在某一特定方向上受压时，在它们的表面上会出现正或负电荷，这些电荷与压力的大小成正比，而当压力排除之后电荷也消失。1881年，他们发表了关于石英与电气石中压电效应的精确测量。1882年，他们证实了李普曼(G．Lippmann)

3、关于逆效应的预言：电场引起压电晶体产生微小的收缩。利用压电现象，他们还设计了一种压电石英静电计——居里计。某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。当作用力方向改变时,电荷的极性也随之改变。正压电效应是一种没有外电场作用只是形变产生的极化现象，有时人们把这种机械能转为电能的现象,称为“正压电效应”。电介质在沿一定方向上受到外力产生变形外力去掉，回到不带电状态内部产生极化现象，表面产生电

4、荷压电效应动画演示反之，在电介质的极化方向上施加电场，它会产生机械变形，当去掉外加电场后，电介质的变形随之消失。这种将电能转换为机械能的现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。极化方向上施加交变电场产生机械变形去外加电场，变形消失逆压电效应动画演示具有压电效应的材料称为压电材料,压电材料能实现机—电能量的相互转换,如下图所示。压电材料一般将具有压电效应的晶体都称为压电类晶体，具有压电效应的电介质称为压电材料。在自然界中，大多数晶体都具有压电效应。然而，大多数晶体的压电效应很微弱，没有实用价值。石英是晶体中性能良

5、好的一种压电材料。随着科学技术的发展，人工制造的压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等多晶压电材料相继问世，应用越来越广。压电材料可以分为两大类:压电晶体和压电陶瓷。（1）压电晶体压电晶体是一种单晶体。例如：石英晶体；酒石酸钾钠等石英晶体外形图（1）压电晶体压电晶体是一种单晶体。例如：石英晶体；酒石酸钾钠等天然形成的石英晶体外形图（2）压电陶瓷压电陶瓷是一种人工制造的多晶体。例如：钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锶等压电陶瓷外形图压电陶瓷的压电系数比石英晶体的压电系数大得多，因此其灵敏度较高。压电陶瓷制品正压电效应的应用主要用于燃

6、气点火器，基本工作原理是：由外力压缩一个弹簧并释放，推动一个重锤打击压电陶瓷柱产生一个数千伏的高压形成放电火花，点燃可燃气体。煤气灶电子点火装置煤气灶电子点火装置如上图所示。当按下手动凸轮开关1时，把气阀6打开，同时凸轮凸出部分推动冲击砧2，使得弹簧3被冲击砧2向左压缩，当凸轮凸出部分离开冲击砧时，由于弹簧弹力作用，冲击砧猛烈撞击陶瓷压电组件4，产生压电效应，从而在正负两极面上产生大量电荷，正负电荷通过高压导线5在尖端放电产生火花，使得燃气被点燃。燃气灶压电陶瓷打火器不仅使用方便，安全可靠，而且使用寿命长，据有关

7、资料介绍，采用压电陶瓷制成的打火器可使用100万次以上。压电陶瓷制品逆压电效应的应用主要用于压电蜂鸣器，基本工作原理是：当压电陶瓷片施加交变电场时，压电陶瓷片产生形变即振动，如果振动频率在音频范围内就会发出声音。应用此特性还可以制造谐振器、选频器、延迟线、滤波器等电子元件。高分子压电材料外形图有机压电材料有机压电材料属于新一代的压电材料。主要有压电半导体和高分子压电材料。6.1.1石英晶体的压电效应石英晶体是应用最广的压电晶体。其性能稳定，有天然石英和人造石英。天然石英性能较人造石英更稳定，其介电常数和压电常数的

8、稳定性好，机械强度高，绝缘性好，重复性好，线性范围宽。石英晶体在温度低于573℃时，为α-石英，属六角晶系；高于573℃时，为β-石英，属三角晶系。实验证明，α-石英的压电效应很明显，β-石英的压电效应可以忽略。ZXY理想石英晶体的外形α-石英具有如右图所示的规则的几何形状，它是一个六棱柱，两端是六棱锥；α-石英是各向异性体，即在各个方向晶体性质是不同的。ZXY理想石英晶