各种自动化传感器的使用要点.ppt

应用 测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量。 1. 差动变压器式加速度传感器 用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1～5)mm，振动频率为(0～150)Hz。 稳压电源 振荡器 检波器 滤波器 (b) (a) ～220V 加速度a方向 a 输出 1 2 1 1 弹性支承 2 差动变压器 §3-4 电感式传感器 2. 微压力变送器 将差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。 ～220V 1接头 2 膜盒 3 底座 4 线路板 5 差动变压器 6 衔铁 7 罩壳 V 振荡器 稳压电源 差动变压器 相敏检波电路 1 2 3 4 5 6 7 这种变送器可分档测量(–5×105～6×105)N/m2压力，输出信号电压为(0～50)mV，精度为1.5级。 §3-4 电感式传感器 §3-6 压电式传感器 第六节 压电式传感器 压电传感器是典型的有源传感器。 又称自发电式传感器及电势式传感器。 压电传感器的工作原理是基于某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应。 特点： 体积小、重量轻、结构简单、灵敏度高、工作可靠； 适合动态力学测量，不能测量静态量。 目前多用于加速度和动态力学或压力的测量。 压电传感器是一个机电转换元件。 应用： 拾音器、压电引信、燃气点火具。 §3-6 压电式传感器 §3-6 压电式传感器 一、压电效应 一些晶体结构的材料，当沿着一定方向受到外力作用时，内部产生极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷； 而当外力去掉后，又恢复不带电的状态； 当作用力方向改变时，电荷的极性也随着改变。 晶体受作用力产生的电荷量与外力的大小成正比，这种机械能转换为电能的现象称为正压电效应。 反之，如果给晶体施加以交变电场，晶体本身则产生机械变形，这种现象称为逆压电效应，又称电致伸缩效应。 压电效应具有可逆性。 电能 机械能 正压电效应 逆压电效应 §3-6-1 压电效应 Z X Y (a) (b) 石英晶体 (a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 Z Y X 晶体 纵向压电效应:通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”； 横向压电效应:而把沿机 械轴Y－Y方向的力作用 下产生电荷的压电效应 称为“横向压电效应； 沿光轴Z－Z方向受力则 不产生压电效应。 光轴 电轴 机械轴 §3-6-1 压电效应 纵向压电效应 横向压电效应：在Y－Y方向受力产生的压电效应，其电荷分布与X－X方向受力所产生的压电效应情况相反；当Y方向受压时（FY0），X正半轴方向产生负电荷，X负半轴方向产生正电荷;当Y方向受拉时（FY0），其电荷分布如同X方向受压所示。 §3-6-1 压电效应 晶体切片 沿晶轴方向切下一六面体 §3-6-1 压电效应 石英晶体的压电效应可以概括为： ①无论是正或逆压电效应，其作用力（或应变）与电荷（或电场强度）之间呈线性关系； ②晶体在哪个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应； ③石英晶体不是在任何方向都存在压电效应的。 §3-6-1 压电效应 §3-6-2 压电材料 二、压电材料 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。 在自然界中大多数晶体具有压电效应，但压电效应十分微弱，随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 压电材料分为两大类：压电晶体和压电陶瓷。 石英晶体（SiO2） 优点： 绝缘性能好，机械强度高； 压电温度系数小，居里温度点高； 缺点： 资源少，价格较贵； 压电系数低。 只在标准传感器或精度要求较高的传感器中使用。 §3-6-2 压电材料 压电陶瓷 是一种人工制造的多晶压电材料，它由无数个细微的单晶组成。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴，在无电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始的压电陶瓷呈中性，不具有压电性质。 必须对压电陶瓷进行极化处理，在陶瓷上施加外电场。 在压电传感器中多采用钛酸钡及锆钛酸铅压电陶瓷作为压电元件。 §3-6-2 压电材料 钛酸钡的压电系数是石英的50倍，但居里温度点只有115℃，使用温度不超过70℃，温度稳定性和机械强度都不如石英。 目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅，居里温度点300℃，性能稳定，有较高的介电常数和压电系数。 §3-6-2 压电材料 压电陶瓷可以按受力和变形的不同形式制成各种形状的压电元件。 §3-6-2 压电材料 三、压电式传感器及等效