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              压电式传感器是什么

              时间: 2018-09-11 07:53 来源: http://www.yh3954.com 作者: 昊润科技 点击:

              今天我们来了解一下压电式传感器是什么。压电式传感器在我们的生活中并不被经常提到,所以我们对它的了解可能并不是很深刻,不过没关系下面小编就跟大家一起来了解一下。

              压电式速度传感器

              压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

              压电式传感器原理:

              某些物质,当沿着一定方向对其加力而使其变形时,在一定表面上将产生电荷,当外力去掉后,又重新回到不带电状态,这种现象称为压电效应。压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指:当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象,又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

              压电材料它可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。缺点是具有热释电性,会对力学量测量造成干扰。有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性,是很有发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体,如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器,很有发展前途。

              压电式传感器大致可以分为4种,即:压电式测力传感器,压电式压力传感器,压电式加速度传感器正压电效应某些物质,当沿着一定方向对其加力而使其变形时,在一定表面上将产生电荷,当外力去掉后,又重新回到正常的不带电状态,这种现象称为正压电效应 。

              逆压电效应的含义是如果在这些物质的极化方向施加电场,这些物质就在一定方向上产生机械变形或机械应力,当外电场撤去时,这些变形或应力也随之消失,这种现象称之为逆压电效应,或称之为电致伸缩效应。

              压电材料:

              明显呈现压电效应的敏感功能材料叫压电材料

              压电单晶体,如石英、酒石酸钾钠等;多晶压电陶瓷,如钛酸钡、锆钛酸铅、铌镁酸铅等,又称为压电陶瓷。此外,聚偏二氟乙烯(PVDF)作为一种新型的高分子物性型传感材料得到广泛的应用。

              压电传感器的应用:

              压电式传感器可以分为压电式测力传感器和压电式加速传感器,下面我们就来看一下这两种压电传感器的应用。

              压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉、压场合,通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大,测量范围宽,线性及稳定性高,动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时,可测量准静态力。按测力状态分,有单向、双向和三向传感器,它们在结构上基本一样。

              传感器用于机床动态切削力的测量。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求,否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗,传感器装配前要经过多次净化(包括超声波清洗),然后在超净工作环境下进行装配,加盖之后用电子束封焊。

              压电式压力传感器的结构类型很多,但它们的基本原理与结构仍与压电式加速度和力传感器大同小异。突出的不同点是,它必须通过弹性膜、盒等,把压力收集、转换成力,再传递给压电元件。为保证静态特性及其稳定性,通常多采用石英晶体作为压电元件。

              压电式加速度传感器压电元件一般由两片压电片组成。在压电片的两个表面上镀银层,并在银层上焊接输出引线,或在两个压电片之间夹一片金属,引线就焊接在金属片上,输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。在压电片上放置一个比重较大的质量块,然后用一硬弹簧或螺栓、螺帽对质量块预加载荷。整个组件装在一个厚基座的金属壳体中,为了隔离试件的任何应变传递到压电元件上去,避免产生假信号输出,所以一般要加厚基座或选用刚度较大的材料来制造。

              测量时,将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器感受到振动时,由于弹簧的刚度相当大,而质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小,因此质量块感受到与传感器基座相同的振动,并受到与加速度方向相反的惯性力作用。这样,质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应,因此在它的两个表面上就产生了交变电荷(电压),当振动频率远低于传感器固有频率时,传感器的输出电荷(电压)与作用力成正比,即与试件的加速度成正比。输出电量由传感器输出端引出,输入到前置放大器后就可以用普通的测量器测出试件的加速度,如在放大器中加进适当的积分电路,就可以测出试件的振动加速度或位移。

              压电式传感器可以测量静态量吗:

              因为压电式传感器其工作原理是基于压电材料的压电效应,具有使用频率宽,灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、测量范围广等优点,因此在压力冲击和震动等动态参数测试中是主要的传感器品种,它可以把加速度、位移、压力、温度、湿度等许多非电量转换为电量。

              现在是不是对压电式传感器是什么有所了解了呢?

              (责任编辑:昊润科技)

              山东昊润自动化技术有限公司简称山东昊润,注册商标昊润科技,山东昊润致力于压力水位计超声波流量计智能水表压力传感器的研发生产制造,努力为客户提供全方位的行业解决方案。
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