《壓電測量技術(shù)》PPT課件.ppt

1、壓電式傳感器：利用壓電材料的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。 當(dāng)壓電材料受到外力作用時(shí)，其表面將產(chǎn)生電荷，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。 利用壓電材料可以制成力敏元件，用來測量力和能轉(zhuǎn)變成力的各種物理量。,由于壓電效應(yīng)是可逆的，在壓電材料的一定方向施加電場，它就會(huì)產(chǎn)生變形，因此壓電傳感器是雙向傳感器。,9.1 壓電式傳感器的工作原理,正壓電效應(yīng)：有些材料，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)為不帶電的狀態(tài)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性隨之改變。 逆壓電效應(yīng)：在這些材料的極化方向施加電場，它們就會(huì)產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為“逆壓電

2、效應(yīng)”，或稱為“電致伸縮效應(yīng)”。 壓電材料：具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。,壓電常數(shù) 壓電材料的性能常用壓電常數(shù)來表征。 以晶體為例， 設(shè)有一用晶體制成的壓電元件受到力F作用，在其相應(yīng)表面上產(chǎn)生表面電荷Q，力F與電荷Q之間存在如下關(guān)系 ：,d 壓電常數(shù),不同的受力方向及不同表面上電荷積累是不同的。用單位面積上的力和電荷來表征壓電效應(yīng)時(shí)，得到：,j方向受力時(shí)在i方向上電荷積累的表面密度(即沿i方向的極化強(qiáng)度)；,沿方向j施加外力時(shí)，單位面積上感受的應(yīng)力；,壓電常數(shù)( j方向受應(yīng)力，在i方向產(chǎn)生電荷時(shí)的壓電常數(shù))。,壓電常數(shù)dij有兩個(gè)下腳注 : 第1個(gè)下腳注：表示晶體的極化方向，即產(chǎn)生電荷的表

3、面垂直于x軸(y軸或z軸)，記作i=1（或2或3）。 第2個(gè)下腳注：j=1或2、3、4、5、6，分別表示在沿x軸、y軸、z軸方向作用的正應(yīng)力和在垂直于x軸、y軸、z軸的平面內(nèi)作用的剪切力。,晶體在任意受力狀態(tài)下所產(chǎn)生的表面電荷密度可由下列方程組決定：,P1、P2、P3：分別為在垂直于x軸、y軸和z軸的表面上產(chǎn)生的總的電荷密度； 1、 2 、 3：表示晶體分別沿x軸、y軸、z軸方向所受的外力分量產(chǎn)生的拉或壓應(yīng)力； 4、 5、 6：為剪切應(yīng)力分量。,晶體（壓電材料）的壓電特性可以用它的壓電常數(shù)矩陣表示如下：,得到石英晶體的正壓電效應(yīng)張量表達(dá)式：,則石英晶體的壓電常數(shù)矩陣：,（k=1、2、3；h=1

4、、2、3、4、5、6）, 沿h方向的應(yīng)變。 沿k方向施加的電場。,石英晶體的逆壓電效應(yīng)可用下列形式表示：,結(jié)論： 1）有正壓電效應(yīng)的壓電晶體，必有相應(yīng)的逆壓電效應(yīng)。晶體中，哪個(gè)方向上有正壓電效應(yīng)，則此方向上必定存在逆壓電效應(yīng)。 2）逆壓電效應(yīng)的壓電常數(shù)與正壓電效應(yīng)的壓電常數(shù)相等，且一一對應(yīng)。一般有：逆壓電效應(yīng)中壓電常數(shù)矩陣是正壓電效應(yīng)中壓電常數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。,壓電常數(shù)dij的物理意義 在“短路條件”下，單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電荷密度。 “短路條件”是指壓電元件的表面電荷從一開始發(fā)生就被引開，因而在晶體變形上不存在“二次效應(yīng)”的理想條件。壓電常數(shù)d有時(shí)也稱為壓電應(yīng)變常數(shù)。,（1）壓電常數(shù)g：它表示在

5、不計(jì)“二次效應(yīng)”的條件下，每單位應(yīng)力在晶體內(nèi)部產(chǎn)生的電勢梯度，因此有時(shí)也稱為壓電電壓常數(shù)，數(shù)值上等于壓電常數(shù)d除以晶體的絕對介電常數(shù)，即：,（2）壓電常數(shù)h：它表示在不計(jì)“二次效應(yīng)”條件下，每單位機(jī)械應(yīng)變在晶體內(nèi)部產(chǎn)生的電勢梯度。因而h常數(shù)應(yīng)關(guān)系到壓電晶體材料的機(jī)械性能參數(shù)，數(shù)值上等于壓電常數(shù)g和晶體的楊氏模量E的乘積：,9.2 壓電材料,選擇壓電材料的要求： 轉(zhuǎn)換性能：具有較高的耦合系數(shù)或具有較大的壓電常數(shù)； 機(jī)械性能：壓電元件作為受力元件，希望它的機(jī)械強(qiáng)度高，機(jī)械剛度大，以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動(dòng)頻率； 電性能：希望具有高的電阻率和大的介電常數(shù)，以期減弱外部分布電容的影響并獲得良好

6、的低頻特性； 溫度和濕度穩(wěn)定性要好，具有較高的居里點(diǎn)，以期得到較寬的工作溫度范圍； 時(shí)間穩(wěn)定性 : 壓電特性不隨時(shí)間蛻變。,壓電晶體分類：,單晶體：石英晶體等 多晶體：壓電陶瓷等,石英晶體,石英晶體有天然的石英和人工石英單晶體兩種。,結(jié)構(gòu)：石英晶體屬六方晶體，有右旋石英晶體和左旋石英晶體之分，其理想外形共包括三十個(gè)晶面，分成五組。以 m、R、r、s和x表示。六個(gè)m面也稱柱面，六個(gè)R面也稱大棱面，六個(gè)面r也稱為小棱面，還有六個(gè)s面和六個(gè)x面。,x軸：與z軸垂直的平面上，并通過相對兩棱的直線(有三個(gè))，又稱為電軸。 y軸：與x軸、z軸垂直的是y軸，又稱為機(jī)械軸； z軸：晶體對稱軸，又稱為光軸； x

7、切割：截得的壓電元件之兩個(gè)端面與x軸相垂直； y切割：截得的壓電元件中的兩個(gè)端面與y軸相垂直。,壓電晶體的三種壓電效應(yīng) a) 縱向壓電效應(yīng),壓電晶體的三種壓電效應(yīng),b) 橫向壓電效應(yīng),壓電晶體的三種壓電效應(yīng),c) 切向壓電效應(yīng),石英是具有良好壓電效應(yīng)的一種壓電晶體。在20200范圍內(nèi)壓電常數(shù)的溫度變化率約是-0.016%/，在溫度較低時(shí)，壓電常數(shù)的變化很小。 居里點(diǎn)：573 石英晶體的相對介電常數(shù)較小，溫度穩(wěn)定性很好。機(jī)械強(qiáng)度很高，性能穩(wěn)定，沒有熱釋電效應(yīng)（由于溫度變化導(dǎo)致電荷釋放），絕緣性能相當(dāng)好。,壓電陶瓷,壓電陶瓷是人工制造的多晶壓電材料，它由無數(shù)細(xì)微的單晶組成。 1）極化前,它具有類似

8、鐵疇材料磁疇結(jié)構(gòu)的“電疇”結(jié)構(gòu)。 特點(diǎn)：“電疇”是分子自發(fā)的極化區(qū)域，各單晶的自發(fā)極化方向完全是任意排列的，雖然每個(gè)單晶具有強(qiáng)壓電性質(zhì)，但是組成多晶后，各單晶的壓電效應(yīng)卻互相抵消了。 原始的壓電陶瓷是一個(gè)非壓電體，它不具有壓電性質(zhì)。,2）極化后 極化處理：在一定 溫度下，對壓電陶瓷施加強(qiáng)電場，使極性轉(zhuǎn)動(dòng)到接近電場的方向。,壓電陶瓷,這個(gè)方向就是壓電陶瓷的極化方向，在極化方向下，各向同性受到破壞，但在垂直的平面上，仍保持各向同性。當(dāng)電場丟掉后，壓電陶瓷仍存在著很強(qiáng)的剩余極化，類似于鐵磁物質(zhì)在磁場中被磁化的現(xiàn)象，它們被極化的過程和鐵磁材料被磁化的過程極其相似。 當(dāng)這種經(jīng)極化后的鐵電體在受到外力作用

9、時(shí)，其剩余極化強(qiáng)度將隨之變化，所以也表現(xiàn)出壓電特性。顯然這種材料的壓電特性在極化方向上是最顯著的。極化方向定義為z軸。 壓電陶瓷穩(wěn)定性較石英晶體差。,壓電陶瓷的種類 : 鈦酸鋇壓電陶瓷 鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷，即PZT系壓電陶瓷 鈮鎂酸鉛壓電陶瓷（PMN) 鈮酸鹽系壓電陶瓷,需要指出: 通常壓電陶瓷如鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛都有明顯的熱釋電效應(yīng)。,（1）厚度變形（簡稱為TE方式）,利用石英晶體的縱向壓電效應(yīng)，產(chǎn)生的表面電荷密度或表面電荷可用下式計(jì)算：,或,壓電元件的結(jié)構(gòu)形式 壓電元件是用壓電材料制成的力電轉(zhuǎn)換元件。壓電元件有五種基本變形形式 :,（2）長度變形（簡稱為LE方 式） 利用石英的橫向壓電效應(yīng)，

10、計(jì)算公式為,在壓電式傳感器中，不少是利用縱向壓電效應(yīng)的，這時(shí)所用壓電元件大都為圓形薄片。為增大輸出，常采用多片結(jié)構(gòu)，最多可達(dá)8片。,或,利用橫向壓電效應(yīng)時(shí)，常采用雙片彎曲式結(jié)構(gòu)。在圖（a）中，當(dāng)自由端受力時(shí)，它就產(chǎn)生形變，放大后的形變?nèi)鐖D（b）所示。,（3）厚度剪切變形 利用剪切壓電效應(yīng)的壓電元件除采用片狀結(jié)構(gòu)形式外，還可采用管狀壓電陶瓷，這種結(jié)構(gòu)的極化方向有平行于軸線的和徑向的兩種。,9.3 壓電式傳感器的等效電路 9.3.1 壓電元件的等效電路 壓電元件是壓電式傳感器的敏感元件。 當(dāng)它受到外力作用時(shí)，就會(huì)在垂直于電軸或垂直于極化方向的表面上產(chǎn)生電荷，在一個(gè)表面上聚集正電荷，在另一個(gè)表面上聚

11、集等量的負(fù)電荷。 可以把壓電式傳感器看作一個(gè)靜電電容器。,電容量:,S電容器極板面積； t壓電元件厚度 壓電材料的介電常數(shù)； 0真空的介電常數(shù)； r壓電材料的相對介電常數(shù)，隨材料不同而變。 Ca壓電元件的內(nèi)部電容。,1.等效電路 1）電荷源 可等效成為一個(gè)電荷源和一個(gè)電容的等效電路。,電容器上的電壓Ua（開路電壓）、電荷Q與電容Ca之間存在著以下關(guān)系：,2)電壓源 可以等效為一個(gè)電壓源和一個(gè)串聯(lián)電容表示的電壓等效電路。,2.提高靈敏度的方法 在壓電式傳感器中，壓電元件常用兩片或兩片以上組合在一起。由于存在極性，因此有兩種連接方法。 1）并聯(lián)法,兩壓電片的負(fù)極都集中在中間電極上，正電極在兩邊的電

12、極上，這種連接方法稱為并聯(lián)，其輸出電容C為單片電容的兩倍，但輸出電壓U等于單片電壓Ua，極板上電荷量Q為單片電荷量Q的兩倍:,Q=2Q ; U=Ua ; C= 2 Ca,2)串聯(lián)法,正電荷集中在上極板，負(fù)電荷集中在下極板，而中間的極板上片產(chǎn)生的負(fù)電荷與下片產(chǎn)生的正電荷相互抵消，這種接法稱為串聯(lián)。 Q=Q ; U=2Ua ; C=,比較：并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大（因而接上負(fù)載后時(shí)間常數(shù)大），宜用于以電荷作為輸出量的場合，相對來說允許被測對象變化頻率稍低。串聯(lián)接法輸出電壓大，本身電容小，宜用于以電壓作為輸出量的場合，要求后續(xù)電路有較大的輸入阻抗。,9.3.2 壓電傳感器的等效電路,1）測量系

13、統(tǒng)框圖,2）等效電路,Ra為傳感器的絕緣電阻； Ri為前置放大器的輸入電阻； Ca為傳感器內(nèi)部電容 Cc為電纜電容； Ci為前置放大器輸入電容。,靈敏度有兩種: 電壓靈敏度Ku:單位力的電壓; Ku=U/F 電荷靈敏度Kq:單位力的電荷; Kq=Q/F 兩種靈敏度的關(guān)系:,3）壓電傳感器的靈敏度,9.4 測量電路,1.引言,壓電傳感器的輸出信號(hào)非常微弱，要將其進(jìn)行放大才能測量出來。 壓電傳感器的內(nèi)阻抗相當(dāng)高，不是普通放大器能放大的。而且，除阻抗匹配的問題外，連接電纜的長度、噪聲都是突出的問題。,前置放大器作用 將傳感器的輸出高阻抗變換成低阻抗輸出; 起放大傳感器微弱信號(hào)的作用。,傳感器的輸出可

14、以是電壓信號(hào)(把傳感器看作電壓發(fā)生器)；也可以是電荷信號(hào)(把傳感器看作電荷發(fā)生器),傳感器的輸出信號(hào)應(yīng)先由低噪聲電纜輸入高輸入阻抗的前置放大器。,前置放大器有兩種： 電壓放大器: 輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成比例，這種電壓前置放大器一般稱為阻抗變換器； 電荷放大器: 輸出電壓與輸入電荷成比例。,主要區(qū)別： 使用電壓放大器時(shí)，整個(gè)測量系統(tǒng)對電纜電容的變化非常敏感，尤其電纜長度變化更為明顯; 使用電荷放大器時(shí)，電纜長度變化的影響可忽略不計(jì)。,9.4.1 電壓放大器,電容器放電特性： 電容器兩端的電壓將按指數(shù)規(guī)律變化，放電的快慢決定于測量回路的時(shí)間常數(shù) ， 越大，放電越慢；反之，放電就越

15、快。,可見：只有在測量回路開路情況，也就是傳感器本身的絕緣電阻Ra無限大的情況，才能使傳感器的輸出電壓（或電荷）保持不變; 如果傳感器本身的絕緣電阻不是足夠大，電荷就會(huì)通過這個(gè)電阻很快漏掉。,傳感器與測量儀器連接應(yīng)考慮: 電纜電容; 前置放大器的輸入電容和輸入電阻;,等效電阻R ：,等效電容C：,Ra:傳感器的絕緣電阻； Ri:前置放大器的輸入電阻； Ca:傳感器內(nèi)部電; Cc:電纜電容； Ci:前置放大器輸入電容。,前置放大器的輸入電壓 為,設(shè)作用在壓電元件上的力為F，其幅值為Fm，頻率為。即 F=FmSint 在力F的作用下，產(chǎn)生的電荷Q為 Q=dF,寫成復(fù)數(shù)形式,前置放大器的輸入電壓的幅

16、值Uim,輸入電壓與作用力之間的相位差用 為,理想情況下，傳感器的絕緣電阻Ra和前置放大器的輸入電阻Ri都為無限大，即等效電阻R為無限大的情況，電荷沒有泄漏（即傳感器的開路電壓） 。 前置放大器輸入電壓的幅值Uam,它與輸入電壓Uim之幅值比,令,為測量回路的時(shí)間常數(shù),即有：,電壓幅值比和相角與頻率比的關(guān)系,當(dāng)作用在壓電元件上的力是靜態(tài)力（=0）時(shí)，前置放大器的輸入電壓等于零。,當(dāng)1時(shí)，作用力的變化頻率與測量回路的時(shí)間常數(shù)的乘積遠(yuǎn)大于1時(shí)，前置放大器的輸入電壓Uim隨頻率的變化不大。 當(dāng)3時(shí)，可近似看作輸入電壓與作用力的頻率無關(guān)。,說明： 在測量回路的時(shí)間常數(shù)一定的情況下，壓電式傳感器的高頻響

17、應(yīng)是相當(dāng)好的。,但應(yīng)當(dāng)指出:不能靠增加測量回路的電容量來提高時(shí)間常數(shù)(傳感器的電壓靈敏度是與電容成反比)。,增加測量回路的電容量必然會(huì)使傳感器的靈敏度下降。,可行的辦法:提高測量回路的電阻。 傳感器本身的絕緣電阻一般很大，測量回路的電阻主要取決于前置放大器的輸入電阻。 放大器的輸入電阻越大，測量回路的時(shí)間常數(shù)就越大，傳感器的低頻響應(yīng)也就越好。,提高前置放大器輸入電阻采取的方法：采用場效應(yīng)管。,壓電式傳感器在與阻抗變換器配合使用時(shí)，連接電纜不能太長。電纜長，電纜電容Cc就大，電纜電容增大必然使傳感器的電壓靈敏度降低。,解決電纜問題的方法: 將超小型放大器裝入傳感器之中，組成一體化傳感器。,9.4

18、.2 電荷放大器 電荷放大器能將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源，且輸出電源正比于輸入電荷。,一般電荷放大器同樣也起著阻抗變換的作用，其輸入阻抗高達(dá)10101012， 而輸出阻抗小于100。,使用電荷放大器優(yōu)點(diǎn)：在一定條件下，傳感器的靈敏度與電纜長度無關(guān)。,工作原理 電荷放大器是一個(gè)具有深度電容負(fù)反饋的高增益放大器。,K:放大器的開環(huán)增益,電荷放大器的輸入級(jí)采用了場效應(yīng)晶體管，因此放大器的輸入阻抗極高，放大器輸入端幾乎沒有分流，電荷Q只對反饋電容Cf充電，充電電壓接近等于放大器的輸出電壓:,Usc放大器輸出電壓； Ucf反饋電容兩端的電壓。,電荷放大器的輸出電壓只與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)，

19、而與放大器的放大系數(shù)的變化或電纜電容等均無關(guān)系 。,只要保持反饋電容的數(shù)值不變，就可得到與電荷量Q變化成線性關(guān)系的輸出電壓。反饋電容Cf小，輸出就大，因此要達(dá)到一定的輸出靈敏度要求，必須選擇適當(dāng)容量的反饋電容。,電荷放大器輸出電壓公式: 由“虛地”原理可知，反饋電容Cf折合到放大器輸入端的有效電容Cf為,壓電元件產(chǎn)生的電荷Q不僅對反饋電容充電，同時(shí)也對其它所有電容充電。放大器的輸出電壓,可見：輸出電壓是與電纜電容有關(guān)的。只有在放大器的開環(huán)增益K足夠高，并滿足以下條件：,放大器的輸出電壓為,一般在反饋電容的兩端并聯(lián)一個(gè)大電阻Rf(約108 1010 )，其功能是提供直流反饋，減小零漂，使電荷放大

20、器工作穩(wěn)定。,設(shè) C= Ca+Ci+Cc 有 Q=Qf+Qc Ua: Qc =Ua C 電容Cf 的兩端電壓Uf為： Uf: Qf = Uf Cf Q= Ua C + Uf Cf Uf= Ua-Usc Ua= Uf+ Usc Usc=-k Ua Uf=（1+k）Ua Q= Ua c+（1+k） Cf ,使用電荷放大器的幾點(diǎn)說明 1）傳感器的靈敏度歸一化方法； 歸一化的目的： 歸一化的方法： 2）傳感器的輸出電纜的接線注意事項(xiàng)； 切記不要將前置放大器的場效應(yīng)管燒壞。 3）環(huán)境因素的影響 溫度、濕度都會(huì)影響傳感器的輸出阻抗及放大器的輸入阻抗。,9.5 壓電式傳感器,壓電元件直接成為力電轉(zhuǎn)換元件是很

21、自然的。關(guān)鍵是選擇合適的壓電材料、變形方式、機(jī)械上串聯(lián)或并聯(lián)的晶片數(shù)、晶片的幾何尺寸和合理的傳力結(jié)構(gòu)。,壓電元件的變形方式以利用縱向壓電效應(yīng)的TE方式為最簡便。,壓電材料的選擇決定:所測力的量值大小、對測量誤差提出的要求、工作環(huán)境溫度等各種因素。,晶片數(shù)目:通常使用機(jī)械串聯(lián)而電氣并聯(lián)的兩片。,晶片機(jī)械串聯(lián)的數(shù)目增加會(huì)導(dǎo)致傳感器抗側(cè)向干擾能力的降低; 晶片機(jī)械上并聯(lián)的片數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致傳感器加工精度過高 。,1）結(jié)構(gòu)原理： 2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 3）使用注意事項(xiàng)：,1.壓電式壓力傳感器,YDS781型單向壓電式測力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。,2.壓電式壓力傳感器,1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 2）溫度補(bǔ)償方法： 3）加速度補(bǔ)償原

22、理,(膜片式),1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 膜片的作用：密封、傳遞壓力，對傳感器內(nèi)部器件進(jìn)行預(yù)緊； 采用多片晶體機(jī)械上串聯(lián)、電氣上并聯(lián)，以提高傳感器的電荷靈敏度； 殼體的剛度較大。 2）溫度補(bǔ)償方法 原因：當(dāng)被測環(huán)境的溫度變化時(shí)，膜片及傳感器殼體會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致壓電晶體產(chǎn)生額外的電荷輸出，因此需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（如測量火藥燃?xì)鈮毫Γ?3）加速度補(bǔ)償原理 原因：當(dāng)被測壓力的環(huán)境具有沖擊和振動(dòng)的影響時(shí)，由于壓電晶體及相關(guān)傳感器附件都具有質(zhì)量，則在加速度的作用下會(huì)產(chǎn)生慣性力，該慣性力作用在壓電晶體堆上也會(huì)因加速度的影響產(chǎn)生附加的電荷輸出。,補(bǔ)償方法 采用溫度補(bǔ)償金屬塊，選用溫度系數(shù)與膜片及殼體相反的金屬塊。,補(bǔ)償

23、方法：采用加速度補(bǔ)償塊及補(bǔ)償晶片，使加速度產(chǎn)生的額外電荷輸出與補(bǔ)償晶片產(chǎn)生的電荷輸出正好抵消。,3.壓電式加速度傳感器 引言： 加速度測量方法及傳感器分類：絕對式、相對式 (慣性式),慣性式:,牽連運(yùn)動(dòng),相對運(yùn)動(dòng),1)結(jié)構(gòu)原理 (壓縮式壓電加速度傳感器),2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 基座：加厚基座或選用剛度較大的材料； 質(zhì)量塊m：具有一定的重量，以便提高傳感器的靈敏度； 引線：直接焊接在晶體表面的金屬片上，一般采用鍍銀電板； 預(yù)加載荷：由硬彈簧、螺栓、螺母對質(zhì)量塊預(yù)加載荷。,3）傳遞函數(shù),有：,（1）,引入：,被測加速度為,則式（1）可寫成：,結(jié)論：上限頻率取決于傳感器的機(jī)械特性； 下限頻率取決于測量電路的

24、時(shí)間常數(shù)。,（4）橫向靈敏度 指傳感器對垂直于主軸平面內(nèi)的加速度的最大靈敏度。,產(chǎn)生的原因,（1） 壓電材料性能的不均勻、壓電片表面粗糙或兩個(gè)表面不平行、壓電片表面有雜質(zhì)或接觸不良； （2） 晶體片切割或極化方向有偏差； （3） 傳感器基座上下兩端互相不平行； （4） 基座平面與主軸方向互不垂直，基座平面不平； （5） 質(zhì)量塊或壓緊螺母加工精度不緊； （6） 傳感器裝配質(zhì)量不好，結(jié)構(gòu)不對稱。,：,9.6 引起壓電式傳感器測量誤差的因素,9.6.1 環(huán)境溫度的影響,周圍環(huán)境溫度的變化對壓電材料的壓電常數(shù)和介電常數(shù)的影響最大，它將造成傳感器靈敏度發(fā)生變化。,1）石英晶體,石英晶體對溫度并不敏感，在

25、常溫范圍甚至溫度高至200，石英的壓電常數(shù)和介電常數(shù)幾乎不變，在200400范圍內(nèi)變化也不大。,2）壓電陶瓷,人工極化的壓電陶瓷受溫度的影響比石英要大得多，壓電常數(shù)和介電常數(shù)隨溫度變化的趨勢大體上如圖所示。,為了提高壓電陶瓷的溫度穩(wěn)定性和長時(shí)間溫度穩(wěn)定性，一般應(yīng)進(jìn)行人工老化處理。,人工老化處理: 將壓電陶瓷置于溫度箱內(nèi)反復(fù)加溫和降溫，連續(xù)做一個(gè)星期，加溫和降溫的周期為二小時(shí)。,壓電陶瓷經(jīng)人工老化后處理后，雖然在正常使用穩(wěn)定環(huán)境中性能比較穩(wěn)定，但在高溫環(huán)境中使用時(shí)，壓電常數(shù)和介電常數(shù)仍會(huì)發(fā)生變化。,普通的壓電式傳感器的工作溫度總是有限的，這主要是受壓電材料、電子線路元件和電纜耐溫限制。,壓電材料

26、的體電阻率是隨著溫度的增加按指數(shù)規(guī)律減小的。,傳感器的連接電纜也是一個(gè)至關(guān)重要的部件。普通電纜是不能耐700以上高溫的。,電纜兩端必須氣密焊封，以防止潮氣侵入到無機(jī)絕緣材料中使絕緣電阻減低。,9.6.2 環(huán)境濕度的影響,環(huán)境濕度對壓電式傳感器性能影響很大。如傳感器長期在高濕環(huán)境下工作，傳感器的絕緣電阻（泄漏電阻）將會(huì)減小，以致使傳感器的低頻響應(yīng)變壞。,要選用絕緣性能良好的絕緣材料，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、陶瓷等。,零件表面的光潔度要高。,對一些長期在潮濕環(huán)境或水下工作的傳感器，應(yīng)采取防潮密封措施，在容易漏氣或進(jìn)水的輸出引線接頭處用特殊材料加以密封。,9.6.3 電纜噪聲 壓電式傳感器的信號(hào)電纜一般采用小型同軸導(dǎo)線，這種電纜很柔軟，具有良好的撓性。,電纜噪聲完全是由電纜自身產(chǎn)生的。普通的同軸電纜是由聚乙烯或聚四氟乙烯作絕緣保護(hù)層的多股絞線組成。,為了減少這種噪聲，除選用特制的低噪聲電纜。,在測量過程中應(yīng)將電