第06讲-压电式压力传感器课件.ppt

1、Page 11压电效应压电效应 Piezoelectric Effect n雅克居里（Jacques Curie）（1856年10月29日-1941年），法国物理学家，蒙彼利埃大学教授。n皮埃尔居里 (Pierre Curie) (1859 -1906)居里兄弟居里兄弟Page 2n他们发现了一些晶体在某一特定方向上受压时，在它们的表面上会出现正或负电荷，这些电荷与压力的大小成正比，而当压力排除之后电荷也消失。n1881年，他们发表了关于石英与电气石中压电效应的精确测量。n1882年，他们证实了李普曼(GLippmann)关于逆效应的预言：电场引起压电晶体产生微小的收缩。n利用压电现象，他们还

2、设计了一种压电石英静电计居里计。Page 31压电效应压电效应 Piezoelectric Effect Page 4Page 51. 石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应石英晶体的晶轴石英晶体的晶轴Page 61. 石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应Page 7Page 8当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布在正六边形的顶角上，形成三个互成120夹角的电偶极矩1、2、3。因为= qL（q为电荷量，L为正负电荷之间的距离），此时正负电荷中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即 1+2+30所以晶体表面不产生电荷，呈电中性。Page 9当晶体受到沿x方向的压力作用时，晶体沿x方向将产生收缩

3、，正、负离子的相对位置随之发生变化。此时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩1减小，2、3增大，它们在x 方向上的分量不再等于零: (1+2+3)x0在y、z方向上的分量为: (1+2+3)y = 0 (1+2+3)z= 0Page 10当晶体受到沿x方向的拉力作用时，电偶极矩1增大， 2、 3减小，此时它们在x、y、z三个方向上的分量为 (1 +2 +3) x0 (1+ 2+ 3)y =0 (1 +2 +3)z =0在x轴的正向出现负电荷，在y、z方向依然不出现电荷。1012最高允许温度 ()80250250350常用压电晶体和压电陶瓷材料特性常用压电晶体和压电陶瓷材料特性 Page 28UUq

4、qCC,2,2UUqqCC2,212 等效电路和测量电路等效电路和测量电路Page 29SSCra0二、压电传感器的等效电路二、压电传感器的等效电路Page 30aaCqU 二、压电传感器的等效电路二、压电传感器的等效电路Page 31UaCaRaCcRiCiqRaCcRiCiCe(a)(b) 压电传感器的实际等效电路压电传感器的实际等效电路 （a a） 电压源电压源; ; （b b） 电荷源电荷源 二、压电传感器的等效电路二、压电传感器的等效电路Page 32 Page 33icCCCididRRRRRtsinFFmtsinCFdCFdCqUamaaPage 34)(1111111CCRjR

5、jFdRCjRCjRCjRCjCjCFdUaaaiPage 35222)(1icemiCCCRRFdU)(2icaCCCRarctg时，1)(222icaCCCRicamiCCCFdU理想Page 361R)(icaCCCR222)(1icamimUCCCRdFUK222)(1icamiCCCRRFdUicaUCCCdK10Page 37Page 382、电荷放大器、电荷放大器电荷放大器原理图电荷放大器原理图Page 39fCQU0ficaoCACCCAQU) 1(, 1A)() 1(icafCCCCAPage 403 压电传感器的应用压电传感器的应用Page 41Fdq11SPF例例2： 压

6、电式压力传感器压电式压力传感器Page 42例例3：压电引信：压电引信http:/ 43产品过载冲击试验产品过载冲击试验例例4：冲击试验台的标定和检测：冲击试验台的标定和检测Page 44例例5：汽车安全气囊系统：汽车安全气囊系统Page 45例例6： 气体发生器输出特性测试气体发生器输出特性测试Page 46amadFdq例例7：振动测量仪：振动测量仪Page 47Page 48例例9：指套式电子血压计：指套式电子血压计Page 49例例10：玻璃破碎报警器：玻璃破碎报警器Page 50Page 51mMPa/01. 0例例11：水深测量仪：水深测量仪Page 52vLlvf2例例12：逆压

7、电效应的应用：逆压电效应的应用Page 53电极引线支撑安装孔1电极2电极3电极压电晶体1电极金属平板2电极3电极压电晶体例例13：用于结冰状况监测的冰传感器：用于结冰状况监测的冰传感器Page 54mkcf/km电极引线支撑安装孔1电极2电极3电极压电晶体Page 55Page 56有一压电晶体，其面积为有一压电晶体，其面积为20mm2，厚度，厚度为为10mm，当受到压力，当受到压力P=10MPa作用时，作用时，求产生的电荷量及输出电压：求产生的电荷量及输出电压： (1)零度零度X切的纵向石英晶体；切的纵向石英晶体； (2)利用纵向效应的利用纵向效应的BaTiO3。Page 57某压电晶体的

8、电容为某压电晶体的电容为1000pF，kq=2.5C/cm，电缆电容，电缆电容CC=3000pF，示，示波器的输入阻抗为波器的输入阻抗为1M和并联电容为和并联电容为50pF，求：，求： (1)压电晶体的电压灵敏度足压电晶体的电压灵敏度足Ku (2)测量系统的高频灵敏度；测量系统的高频灵敏度； (3)测量系统的固有频率；测量系统的固有频率；Page 58已知某压电式传感器测量低信号频率已知某压电式传感器测量低信号频率f =1Hz，现，现要求在要求在1Hz信号频率时其灵敏度下降不超过信号频率时其灵敏度下降不超过5%，若采用电压前置放大器输入回路总电容若采用电压前置放大器输入回路总电容C1 = 500pF。求该前置放大器输入总电阻。求该前置放大器输入总电阻Ri是多少？是多少？