第五章电压型传感器.ppt

图5-2-7 压电陶瓷的压电效应 ① d33的纵向压电效应 在z方向上： ② d31的横向压电效应 ③ d32的横向压电效应 第30页，共48页。 ④ 三向应力T1、T2、T3同时作用下的体积形压电效应 图5-2-7 压电陶瓷的压电效应 当外加三向压力相等（如液体压力）时，有： 体积压缩压电常数 第31页，共48页。 5.2.3 压电元件 一、压电元件的基本变形方式 有5种基本变形方式：厚度伸缩、长宽伸缩、厚度切变、长宽切变、体积压缩。 变形方式 压电效应 石英晶体 压电陶瓷 厚度伸缩 纵向 d11（2.31） d33 （190） 长宽伸缩 横向 d12（2.31） d31,d32 （78） 厚度切变 剪切 d26（2*2.31） d15,d24 （250） 长宽切变 面切 d14,d25（0.73） 体积压缩 纵横向 2d31+ d33 （34） 石英晶体的长宽切变压电效应最差，很少取用。 压电陶瓷的厚度切变压电效应最好，要尽量取用。 压电陶瓷的的体积压缩压电效应具有优越性，适用于空间力场（如液体压力）的测量。 第32页，共48页。 在压电式传感器中，一般利用压电元件的纵向压电效应较多，这时压电元件大多是圆片式。 压电晶体与压电陶瓷的比较： 相同点：都是具有压电效应的压电材料。 不同点： 　　石英的优点是它的介电和压电常数的温度稳定性好，适合做工作温度范围很宽的传感器。 　　极化后的压电陶瓷，当受外力变形后，由于电极矩的重新定位而产生电荷，压电陶瓷的压电系数是石英的几十倍甚至几百倍，但稳定性不如石英好，居里点也低。 第33页，共48页。 图5-2-8 双晶片悬臂梁式压电元件 压电元件的横向压电效应的应用 自由端受力F作用，压电元件产生形变，中心面oo长度不变，aa被拉长，bb被压缩短了，产生压电效应，这时每片压电片产生的电荷为： 可用作加速度传感器和测量粗糙度的轮廓仪的测头 悬臂长度 单片压电片的厚度 第34页，共48页。 概 述 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将运动速度、位移等物理量转换成线圈中的感应电动势输出。工作时不需要外加电源，可直接将被测物体的机械能转换为电量输出。是典型的有源传感器。 磁电式传感器 机械能 电 量 特点：输出功率大，稳定可靠，可简化二次仪表，但频率响应低。通常在10—1000HZ,适合作机械振动测量、转速测量。传感器尺寸大、重。 5.1 磁电感应式传感器 第1页，共48页。 5.1.1 基本原理和组成 一、基本原理——电磁感应定律 ◆ 由法拉第电磁感应定律，N匝线圈若每匝通过相同变化的磁通量Φ，则整个线圈中所产生的感应电动势为： 磁通量Φ变化方法： 磁铁与线圈之间作相对运动； 磁路中磁阻的变化 ； 恒定磁场中线圈面积的变化等； 二、基本组成 1．磁路系统——产生恒定的直流磁场，一般用永久磁钢 2．线圈——产生感应电压 3．运动机构——感受被测运动 第2页，共48页。 铁心运动使气隙和磁路磁阻变化引起磁通变化，而在线圈中产生感应电势。 感应电动势e与dδ/dt成正比 5.1.2 结构类型 图5-1-1 变磁通式结构 一、变磁通式 ——永久磁铁和线圈均不动（变磁阻式） 铁芯平移型 铁芯旋转型 通过适当的设计可使感应电动势与衔铁相对于磁钢的振动速度成线性关系，可用于振动速度的测量 铁芯旋转的恒定角速度 磁路中最大与最小磁通密度之差 第3页，共48页。 图5-1-2 恒磁通式结构 二、恒磁通式 ——永久磁铁与线圈相对运动（线圈切割磁力线产生感应电势） 1. 动铁式 线圈不动磁铁运动。 第4页，共48页。 图5-1-2 恒磁通式结构 2. 动圈式 磁铁不动线圈运动。 平移型 旋转型 线圈中产生的感应电势e与线圈相对磁铁运动的线速度v或角速度ω成正比。 第5页，共48页。 ◆ 直接输出感应电势且具有较高的灵敏度，一般不需要高增益放大器，获取位移和加速度信号需用积分或微分电路 5.1.3 测量电路 图5-1-3 磁电式传感器测量电路方框图 测振动速度——双刀三掷开关置于1-1，磁电感应式传感器后面不接积分电路也不接微分电路 测振动位移——双刀三掷开关置于2-2，磁电感应式传感器后面接积分电路 测振动加速度——双刀三掷开关置于3-3，磁电感应式传感器后面接微分电路 第6页，共48页。 ◆ 磁电感应式传感器虽然配接积分电路后可测量位移，但是它只能测位移随时间的变化即动态位移。区别于前面电阻式、电感式和电容式位移传感器测量固定不变的位移或距离。 ◆ 5-1-1（a）磁电感应式传感器与4-3-1（a）自感式传感器的异同。 答：相同点：都有线圈和活动衔铁。 不同点：①图