第4章 压力及真空度检测仪表-压电式.pptVIP

measurementprocess control technology Kunming University of Science and Technology Department of Automation Engineering, Informational facultySpring 2010 昆明理工大学信自学院 4.3节压电式传感器 4.1、概述 4.2、压电效应分析 4.3、测量电路 4压电式传感器 第4.1节概述 4.1.1、作用 4.1.2、压电效应 4.1.3、压电式传感器的特点 第4.1节 概述 4.1.1、作用 压电传感器是力敏感元件，将被测压力、力、加速度等转换成压电器件的表面电荷量，以实现非电量的电测目的。它是一种典型的有源传感器（或称发电型传感器）它是基于某些材料的压电效应。例如：单晶体 ，多晶体的压电陶瓷材料 等 4.1.2、压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两种情形。 第4.1节概述 4.1.2、压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两种情形。 1. 正压电效应 即晶体（电介质）受到一定方向上的机械外力时，其内部产生极化现象（类似于铁磁体的磁化现象），晶体的两个表面上产生符号相反的电荷（或产生内部电场）。当力消失后，有重新恢复不带电的状态。 第4.1节概述 4.1.2、压电效应 2. 逆压电效应 在晶体（电介质）的极化方向上施加外部电场，晶体（电介质）产生伸缩机械形变（或机械应力）。当外电场消失则晶体（电介质）的机械形变（机械应力）消失。 4.1.3、压电式传感器的特点 基于压电效应的压电传感器具有许多应用特点。 1.响应频带宽，灵敏度高。 第4.1节概述 4.1.3、压电式传感器的特点 1.响应频带宽，灵敏度高。 2.结构简单，工作可靠、质轻。 3.广泛应用于工程力学，生物医学，电声学等许多技术领域。 4.3节 压电式传感器 4.1、概述 4.2、压电效应分析 4.3、测量电路 4.3节压电式传感器 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 4.2.2、压电陶瓷材料的压电效应分析 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 石英晶体： 又称水晶体（单晶体）。天然结构的石英晶体呈现一个正六面体的形状。如图所示： 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 其中，X轴——电轴，经过六面体棱线 Y轴——机械轴，垂直于六面体棱面 Z轴——光轴，垂直于晶体截面且与X， Y轴垂直。 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 结论：石英晶体压电片如图所示，在其X轴，Y轴方向上加外力F时，均在X轴的两个截面上产生符号相反的电荷。而在Z轴方向上加外力时，不会产生任何压电效应。 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （1）石英晶体 的结构 如图所示，硅氧离子结构排列，图(a) 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （1）如图所示， 如果用?表示 ， ? 表示 则形成正六边形对称排列，图(b) 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （2）外力 时 如图所示，三个大小相等，夹角 的正负电荷之间的电偶极矩 其中 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （2）外力 时 且 （合电偶极 矩为零，不呈现极性） （3）在X轴方向上加压力 时（纵向压电效应），如图所示，正负电荷离子相对位置发生变化。 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （3）在X轴方向上加压力 时（纵向压电效应） 则电偶极矩在X轴方向分 量， 在X正方向 上产生正电荷。X轴的反方向 上产生负电荷。在Y轴和Z轴上 不产生电荷。 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英晶体压电效应分析 1.压电效应过程分析 （4）在X轴方向上加拉力 时（纵向压电效应） 如图所示。同理： 则X轴正方向上产生负 电荷。其反方向上产生 正电荷。在Y轴和Z轴方 向上不产生电荷。 第4.2节 压电效应分析 4.2.1、石英