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摘要在各种传感器中,压电式传感器的应用比较广泛,而最常见的就属压电式加速度传感器,我们可以在网上见到各种各样的加速度传感器,其工作原理最普遍的也就是压电效应。本文讲基于压电效应及压电式传感器开放一些表达。
关键词压电效应压电式传感器压力变送器内装IC传感器
1、工作原理
压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。
所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变〔包括弯曲和伸缩形变〕时,由于内部电荷的极化现象,会在其外表产生电荷的现象。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。
鉴于压电传感器的工作原理的限制,使其只能在动态的环境下工作。由于外
力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的状况下才能保存,即需要测量回路具有无限大的输入阻抗,这实际上是不行能的,因此压电式传感器不能用于静态测量。压电元件在交变力的作用下,电荷可以不断补充,可以供给测量回路以肯定的电流,故只适用于动态测量〔一般必需高于100Hz,但在50kHz以上时,灵敏度下降〕。
2、目前应用状况
目前的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及高分子材料压力传感器。
国内的朗斯公司在传感器方面的分类有别于我上面介绍的分类方式,按被测量分类主要有:振动、冲击、压力、力及特型类;按工作原理分类有:压电传感器和应变传感器。其LC09系列应变压力传感器为测流体压强而特地设计,有电压输出、电流输出和频率输出三种输出形式,量程范围1—200MPa,比较可观。力传感器有LC05系列压电石英传感器和LC11系列应变力传感器。LC05系列主要用于测量动态、短期静态的振动和冲击力,机械构造拉伸和压缩力,量程为100—30t;LC11系列主要用于工程中静态拉伸和压缩测量,量程为50kg—300t,根本可用于工程一般测量。
下面介绍一款内装IC压电传感器:ULT20系列压电加速度传感器,是内装微型IC-集成电路放大器的压电加速度传感器,它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体,能直接与记录和显示仪器连接,简化了测试系统,提高了测试精度和牢靠性。广泛用于核爆炸、航空航天、铁路、桥梁、建筑、车辆、船舶、机械、水利、电力、石油、地质、环保、地震等领域。其突出特点如下:
低阻抗输出,抗干扰,噪声小。性能价格比高,安装便利,尤其适于多点测量稳定牢靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体。
下面是朗斯公司的
内装IC压电传感器〔LC01系列〕
与压电加速度传感器〔LC04系列〕性能比照
传感器类型 优点 缺点
〔1〕低阻抗输出,〔1〕量程在传感器内抗干扰能力 已固定,不行调
LC01系列内装IC压电加
强,可以进展
长电缆传输,而不至引起噪
〔2〕
节;
温度范围不如电荷型〔LC04〕宽;
速度传感器
声增加;
〔2〕可以直接与内
〔3〕
放电时间常数
〔DTC〕在传感器
置恒流源的数据采集器连接
〔3〕可以使用通用
〔4〕
内部已固定;
内装IC电路与传感器承受同样的
的同轴电缆或丝线;
〔4〕性能价格比
测试环境。
高,多点测量,
总的系统价格
比较低;
〔5〕安装便利,使
用简洁。
〔1〕可以通过调整电
〔1〕
在安装和使用时,
荷放大器,调整满
要特别留意对高
LC04系列压电加速度传
量程输出;
〔2〕构造简洁,温度范围宽,高温可达
〔2〕
阻抗输出的保护;
外部必需配接电荷放大器;
感器
205摄氏度;
〔3〕电荷放大器远离测试环境,外部环
〔3〕
〔4〕
必需使用特别的低噪声电缆;
带长电缆〔大于20
境对其影响小;
〔4〕互换性能强,与国
米时〕会引起高电
容负载增加,从而
内外电荷放大器
引起电荷放大器
和阻抗变换器配
噪声增大。
接。
由上面的介绍可以看出,现在的传感器根本上都做成变送器,主要是应为变送器的使用便利,接口显示等优点。
传感器是能够受规定的被测量并依据肯定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器。
压力变送器
特点和用途:
PT503高精度压力变送器广泛用于工业设备、水利、化工、液压、气动掌握系统、电力、空调、环保、空压机、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇自控与恒压供水等压力测量与掌握。
技术参数
〔1〕量程范围:0-~0-100MPa
〔2〕综合精度:%FS、%FS、%FS、%FS、%FS
〔3〕输出信号:4~20mA;0~5V;1~5V;0~10V
〔4〕工作温度:-10~80-150℃
〔5〕供电电压:9~36V,
长期稳定性:%
负载阻抗:电流型:≤800Ω,电压型:≥50KΩ
绝缘电阻:≥2023MΩ100VDC
振动影响:对于20HZ-1KHZ的机械振动,%FS
密封等级:IP65~IP67
螺纹连接:通用M20×15,其它螺纹可依客户要求设计
接线类型:赫斯曼接头型
〔13〕安全过载:120%;极限过载:150%
从世界范围看压力传感器的进展动向主要有以下几个方向。

这是一类争论成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片构造中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的状况下,光线通过挡板的过程中会发生强度的转变,通过检测这个微小的转变量,我们就能测得压力的大小。这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。可预见这种压力传感器在显微外科方面肯定会有良好的进展前景。同时,在加工与安康保健方面,光纤传感器也在快速进展。

E+~(Al2O3)构成,其间用一个自熔焊接圆环钎焊在一起。该环具有隔离作用,不需要温度补偿,可以保持长期测量的牢靠性和长久的精度。测量方法承受电容原理,
基片上一电容CP位于位移最大的膜片的中心,而另一参考电容CR位于膜片的边缘,由于边缘很难产生位移,电容值不发生变化,CP的变化则与施加的压力变化有关,膜片的位移和压力之间的关系是线性的。遇到过载时,膜片贴在基片上不会被破坏,无负载时会马上返回原位无任何滞后,过载量可以到达100%,即使是破坏也不会泄漏任何污染介质。因此具有广泛的应用前景。

型半导体材料碳化硅(SiC)的消灭使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。℃的α(6H),在输入电压为5V,,23500℃~,%,%。在500℃条件下运行10h,性能根本不变, 在100℃和500℃两点的应变温度系数(TCGF),%/℃和-%/℃。这种传感器的主要优点是PN结泄漏电流很小,没有热匹配问题以及升温不产生塑性变型 ,可以批量加工。Ziermann,Rene报导了使用单晶体n型β-SiC材料制成的压力传感器,这种压力传感器工作温度可达573K,耐辐射。在室温下,。

在微机械加工技术渐渐完善的今日,硅微机械传感器在汽车工业中的应用越来越多。而随着微机械传感器的体积越来越小,线度可以到达1~2mm,可以放置在人体的重要器官中进展数据的采集。Hachol,Andrzej;dziuban,JanBochenek报导了一种可以用于测量眼球的眼压计,其膜片直径为1mm。在内眼压为60mmHg时,静态输出为40mV,灵敏度系数比较高。

为了降低调试与运行本钱,DirkDeBruyker等人报导了一种具有自测试功能的压阻、电容双元件传感器,它的自测试功能是依据热驱动原理进展的,×3mm×,适用于生物医学领域[7]。

与压电陶瓷相比,压电复合材料的压电电压常数及厚度机电耦合系数均明显增大,且声阻抗率及机械品质因数也显著的降低,从而能够用于制备高接收灵敏度、宽频及与混凝土材料声阻抗相匹配的压电传感器。
3、进展趋势
第一个阶段是60~70年月,传感器以电荷输出为主,测量系统包括压电传感器和以电荷放大器为主的信号适调装置。
其次阶段:到了80~90年月中期,消灭了IEPE〔InElectronicsPiezoelectricity〕传感器,也被称为低阻抗电压输出传感器,它主要解决了压电信号以高阻抗传输带来的一系列问题。
第三阶段:90年月中期至今,即插即用智能TEDS混合模式接口传感器。4、优点与缺点: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。压电材料受力后外表产生电荷。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、构造简洁、工作牢靠和重量轻等。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,需要承受高输入阻抗电路或电荷放大器来抑制这一缺陷。
压电传感器特点:
自生电荷、构造简洁、结实,安装便利;
尺寸小、重量轻〔〕、寿命长;
频率响应范围宽〔最高达100khz〕、量程范围大〔加速度计可达100,000g〕;
稳定性好,耐高温可达700摄氏度;
不适于静态测量。://://://-10422-://?id=37773&specialId=27://
合
肥
学
院
工程力学报告
成
绩:
合肥学院电子信息与电气工程系
工程力学扭转空心等直圆杆选材争论报告
系别: 电子信息与电气工程系 专业: 自动化 班级: 09自动化〔1〕班
姓名: 吴红 学号: 0905075014
完成时间: 2023-12-10
合肥学院电子信息与电气工程系工程力学课程总结报告
系别: 电子信息与电气工程系 专业: 自动化 班级: 09自动化〔1〕班
姓名: 吴红 学号: 0905075014
完成时间: 2023-12-15
合
肥
学
院
工程力学报告
成
绩: