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第四章 传感器技术;[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]21IC中国电子网 [7]传感技术学报网 [8]传感器资讯网 ;本章学习要求：;4.1 概述;4.1 概述;2. 传感器的构成;3. 传感器的分类;机械式,电气式,光学式,流体式等.;能量转换型和能量控制型.;4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:;4.2 电阻式传感器;4.2 电阻式传感器;等效电路分析:;x=L×E1 / E;;负载效应; (2) 变阻器式传感器的性能参数: 1)线性(或曲线的一致性); 4)移动或旋转角度范围; 2) 分辨率; 5)电阻温度系数; 3)整个电阻值的偏差; 6)寿命;;按制作方式：;案例：重量的自动检测--配料设备;案例：煤气包储量检测;案例：;玩具机器人;电阻应变式传感器--应变片;;1) 工作原理;有：;有：;应变计;;;;;;;;;;;案例：电子称;;;;;;4.3 电容式传感器 ;a)间距δ变化型;驻极体电容传声器;b)面积变化型;平面线位移型;柱面线位移型;产品.;;;;;测量电路;b) 谐振电路 ;;;4.4 电感式传感器;1 自感型--可变磁阻式;电感式接近传感器（金属）;;2 涡流式 ;原线圈的等效阻抗Z变化：;;产品;案例：连续油管的椭圆度测量;案例：无损探伤;油管检测;2 互感型--差动变压器 ;;差动变压器测量电路 ;差动变压器位移传感器 ;案例：板的厚度测量;案例：张力测量;;4.5 磁电式传感器 ;2. 分类 ;动圈式传感器 ;角速度型;磁阻式传感器 ;;;是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。 压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。 压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。 近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技???领域中获得了广泛的应用。 ;一、压电效应 正压电效应（顺压电效应）：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的一定表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态的现象。当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变。 逆压电效应（电致伸缩效应）：当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。;石英晶体的压电效应 天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴。;;;可见，当晶体受到沿X(电轴)方向的力FX作用时，它在X方向产生正压电效应，而Y、Z方向则不产生压电效应。 晶体在Y轴方向力FY作用下的情况与FX相似。当FY＞0时，晶体的形变与图（b）相似；当FY＜0时，则与图（c）相似。由此可见，晶体在Y（即机械轴）方向的力FY作用下，使它在X方向产生正压电效应，在Y、Z方向则不产生压电效应。 ; 晶体在Z轴方向力FZ的作用下，因为晶体沿X方向和沿Y方向所产生的正应变完全相同，所以，正、负电荷中心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。这就表明，沿Z(即光轴)方向的力FZ作用下，晶体不产生压电效应。 假设从石英晶体上切下一片平行六面体——晶体切片，使它的晶面分别平行于X、Y、Z轴，如图。并在垂直X轴方向两面用真空镀膜或沉银法得到电极面。;式中 FX——X轴方向的电场强度； d11——压电系数，当受力方向和变形不同时，压电系数也不同，石英晶体d11=2.3×10-12CN-1； l、b——石英晶片的长度和宽度。 极化强度PXX在数值上等于晶面上的电荷密度，即 ;根据逆压电效应，晶体在X轴方向将产生伸缩，即 或用应变表示，则 式中 EX——X轴方向上的电场强度。 在X轴方向施加压力时，左旋石英晶体的X轴正向带正电；如果作用力FX改为拉力，则在垂直于X轴的平面上仍出现等量电荷，但极性相反，见图(a)、(b)。 ; 如果在同一晶片上作用力是沿着机械轴的方向，其电荷仍在与X轴垂直平面上出现，其极性见图（c）、（d）