最新43电量型—电荷输出型资料课件PPT.ppt

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1、43电量型—电荷输出型资料传统传感器电参量型传感器电量型传感器2021/10/72设计示例电量型传感器电压输出型传感器电荷输出型传感器电量型传感器测量电路2021/10/73(1)压电效应压电效应：某些电介质物体在某方向受压力或拉力作用产生形变时，表面会产生电荷；当外力撤消后，物体又重新回到不带电状态。当作用力方向改变时，电荷极性随之改变，把这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”，简称压电效应。压电式传感器FF极化面测量原理2021/10/77压电式传感器天然石英是六角棱柱体结构。zyxoyxzOxazybcFx纵向压电效应横向压电效应Fy石英晶体的三轴和三效应：切向压电效应

2、FyFy(1)压电效应测量原理2021/10/78压电式传感器石英晶体的三轴：X轴—电轴。在垂直于此轴的面上压电效应最强。Z轴—光轴，也称中性轴。光线沿该轴通过石英晶体时，无折射，沿该轴方向上没有压电效应。Y轴—机械轴。在电场作用下，沿该轴方向的机械变形最明显。(1)压电效应测量原理2021/10/79压电式传感器三效应：横向效应：沿y轴加力切向效应：垂直z轴方向形成力矩。纵向效应：沿x轴加力(1)压电效应测量原理图4.35压电效应模型(a)纵向效应yxzFxFx(b)横向效应yFyzFy(c)切向效应xyzxFyFy2021/10/710压电式传感器逆压电效应(Reversepi

3、ezoelectriceffect)：由于外电场作用导致物体的机械变形现象，称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。具有压电性的电介质（压电材料），能实现机-电能量的相互转换。(1)压电效应测量原理2021/10/711压电材料的主要性能参数：压电常数(piezoelectricityconstant)：衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出灵敏度。弹性常数(elasticityconstant)：材料的弹性常数（刚度）决定着压电器件的固有频率和动态特性。介电常数(dielectricconstant)：固有电容与介电常数有关，而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。压电式传感器

4、(2)压电材料测量原理2021/10/712压电材料的主要性能参数：机电耦合系数(machine-electricalcouplingcoefficient)：在压电效应中，转换输出的能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根。它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。电阻(resistance)：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。居里点(curiepoint)：压电材料开始丧失压电性的温度。压电式传感器(2)压电材料测量原理2021/10/713压电材料的分类：压电晶体(piezoelectriccrystal)、压电陶瓷(piezoe

5、lectricceramics)、新型压电材料。石英晶体（quartz，SiO2）具有压电性的单晶体统称为压电晶体。石英晶体是典型而常用的压电晶体。主要性能特点：压电常数小，其时间和温度稳定性好;机械强度和品质因数高，刚度大，固有频率高，动态特性好;居里点573℃，无热释电性，且绝缘性好、重复性均好。压电式传感器(2)压电材料测量原理2021/10/714压电陶瓷(piezoelectricceramics)压电陶瓷是一种经极化处理后的人工多晶铁电体。所谓“多晶”，它是由无数细微的单晶组成；所谓“铁电体”，它具有类似铁磁材料磁畴的“电畴”结构。每个单晶形成一单个电畴，无数单晶电畴的

6、无规则排列，致使原始的压电陶瓷呈现各向同性而不具有压电性。要使之具有压电性，必须作极化处理。极化处理（polarization）：在一定温度下对材料施加强直流电场，迫使“电筹”趋向外电场方向作规则排列；极化电场去除后，趋向电筹基本保持不变，形成很强的剩余极化，从而呈现压电性。压电式传感器(2)压电材料测量原理2021/10/715压电陶瓷(piezoelectricceramics)主要性能特点：压电常数大，灵敏度高；制造工艺成熟，成形工艺性也好，成本低廉，利于广泛应用；具有热释电性。压电式传感器(2)压电材料测量原理2021/10/716新型压电材料新型压电材料常见的有压电半导体

7、和有机高分子压电材料。压电半导体（piezoelectricsemiconductor）：其显著特点是：既具有压电特性，又具有半导体特性。有机高分子压电材料：合成高分子聚合物（质轻柔软，抗拉强度较高，蠕变小，耐冲击，热释电性和稳定相较好，便于批量生产和大面积使用）；高分化合物掺杂压电陶瓷的高分子压电薄膜（保持了高分子压电薄膜的柔软性，又具有较高的压电性和机电耦合系数）。压电式传感器(2)压电材料测量原理2021/10/717压电材料的应用打火机+++++-------