第三章 傳感器

1、第三章第三章 傳感器傳感器3-1 傳感器的概念3-2 電阻式傳感器3-3 電容式傳感器3-4 電感式傳感器3-6 壓電式傳感器 第三章 傳感器 傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官； 傳感器技術(shù) 通信技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 五官 神經(jīng) 大腦 傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主 要途徑與手段 ； 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)；信息信息技術(shù)技術(shù)三大三大支柱支柱 傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源探測、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)

2、目，都離不開各種各樣的傳感器。 傳感器是將感知到的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成易測量的信號(hào)，把相應(yīng)的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3-1傳感器的定義一、傳感器的定義（ Transducer/Sensor ） 定義：將被測參量轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的，易于測量，傳輸和處理的信號(hào)的裝置。GB7665一87：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 傳感器功用：感知被測信息，并傳遞給檢測裝置 傳感器及傳感技術(shù) 可從以下幾個(gè)方面理解：傳感器是測量器件或裝置，能完成檢測任務(wù)；輸入量為位移、壓力、溫度、重量等被測量，是非電量；輸出量通常為易于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯易于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理

3、、顯示示的電物理量（如：電壓、電流、頻率、功率等），也可以是氣、光等物理量；輸出、輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 1.傳感器在工業(yè)檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化、全自動(dòng)、半自動(dòng)生產(chǎn)線（石油、化工、鋼鐵、鐵路、機(jī)械、電力）自動(dòng)控制系統(tǒng)（正確的信息檢測 準(zhǔn)確的控制）傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 2.汽車與傳感器速度、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、黑匣子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓力（日本豐田汽車） 3.傳感器與家用電器電子爐灶、洗碗機(jī)、遙控電視、錄像機(jī)、電飯煲微波爐（松下電器采用濕度傳感器）電冰箱（溫控器控制壓縮機(jī)的開關(guān)）家庭自動(dòng)化（安全監(jiān)視與報(bào)警、空調(diào)與照明控制、家

4、務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化、人身健康管理） 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 4.傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用 傳統(tǒng)機(jī)器人（臂的位置和角度傳感器） 智能機(jī)器人（觸覺、壓覺、重量、視覺等） 5.傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用應(yīng)用醫(yī)學(xué)傳感器（B超儀、CT、核磁共振等）醫(yī)療保健產(chǎn)品：電子血壓計(jì)、脈搏計(jì)、電子溫度計(jì)。 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 6.傳感器與環(huán)境保護(hù)大氣污染指數(shù)、水質(zhì)污染、環(huán)境噪聲等各種環(huán)境監(jiān)測儀器 7.傳感器與航空航天飛機(jī)的自動(dòng)駕駛（飛行姿態(tài)、距離、航線）惡劣環(huán)境的“盲目”著陸空空導(dǎo)彈的自動(dòng)跟蹤 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域 8.傳感器與遙感技術(shù)遙感技術(shù)：從飛機(jī)、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、船舶上對(duì)遠(yuǎn)距離的廣大區(qū)域的被測物體及其狀態(tài)進(jìn)行大規(guī)模探測的

5、一門技術(shù)。探測礦藏：人造衛(wèi)星上的紅外傳感器 紅外線的量 通過微波 地面站 計(jì)算機(jī)分析處理傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器市場結(jié)構(gòu) n從市場來看, 力、 壓力、 加速度、 物位、 溫度、 濕度、 水分等傳感器將保持較大的需求量。二、傳感器的組成二、傳感器的組成 一般的，傳感器由敏感元件、二次變換部分、輔助部分組成。 傳感器的組成 敏感元件（預(yù)變換器）:它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 二次變換部分：敏感元件的輸出是轉(zhuǎn)換元件的輸入，主要作用將輸入轉(zhuǎn)換成電參數(shù)。J并非所有的傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件，如熱電偶！ 輔助部分：將轉(zhuǎn)換元件的輸出進(jìn)行放大、運(yùn)算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，便

6、于應(yīng)用。 傳感器的組成氣體壓力傳感器1-殼體 2-膜盒 3-電感線圈4-磁芯 5-轉(zhuǎn)換電路壓力壓力位移位移電感電感（敏感元件）（敏感元件）（轉(zhuǎn)換元件）（轉(zhuǎn)換元件）（測量電路）（測量電路） 傳感器的組成熱電偶熱電偶?jí)弘娛郊铀俣葌鞲衅鲏弘娛郊铀俣葌鞲衅魅?、傳感器的分?傳感器是知識(shí)技術(shù)密集的行業(yè)，與許多學(xué)科有關(guān)，種類繁多，分類方法也很多。 按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型； 按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型、物性型；結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，包括動(dòng)力場的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場的電磁定律等；這類傳感器的特點(diǎn)是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。傳

7、感器的分類物性型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。 傳感器的分類 按能量轉(zhuǎn)換情況：能量控制型、能量轉(zhuǎn)換型；能量控制型傳感器在信息變化過程中，其能量需要外電源供給；(無源傳感器)能量轉(zhuǎn)換型傳感器主要由能量變換元件構(gòu)成，不需外加電源；(有源傳感器)傳感器的分類 按測量原理分：電參量式傳感器(電阻式、電感式、電容式)磁電式傳感器(磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式)；壓電式傳感器；光電式傳感器；氣電式傳感器；熱電式傳感器；波式傳感器；射線式傳感器；半導(dǎo)體式傳感器；其

8、他原理的傳感器。傳感器的分類 按傳感器用途分(輸入量)溫度傳感器濕度傳感器壓力傳感器位移傳感器轉(zhuǎn)速傳感器流量傳感器火災(zāi)傳感器傳感器的分類 按傳感器輸出信號(hào)形式可分為：模擬傳感器和數(shù)字傳感器。 按輸入量分類u優(yōu)點(diǎn)：比較明確地表達(dá)了傳感器的用途，便于使用者根據(jù)用途選用。u缺點(diǎn)：沒有區(qū)分每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，不便于使用者比較各種傳感器的原理異同點(diǎn)。傳感器的分類 按原理分類：u優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)傳感器的工作原理比較清楚，類別少，有利于傳感器專業(yè)工作者對(duì)傳感器的深入研究分析。u缺點(diǎn)：不便于使用者根據(jù)用途選用。四、傳感器的命名法 由主題詞加四級(jí)修飾語構(gòu)成 傳感器 1、被測量 2、轉(zhuǎn)換原理 3、特征

9、描述 4、主要技術(shù)指標(biāo) （量程、靈敏度、準(zhǔn)確度等） 例：傳感器 位移 應(yīng)變式 100 習(xí)慣上用反序法，也可用簡稱。五、對(duì)傳感器的性能要求 可靠性：指傳感器在規(guī)定的使用條件和期限內(nèi)保持其準(zhǔn)確計(jì)量性能的能力。 選擇性：傳感器的輸出不受(少受)非被測量（干擾）的影響。 超然性：傳感器不影響被測系統(tǒng)原來狀態(tài)的能力。（實(shí)際有影響） 加速度傳感器3-2 電阻式傳感器 受位移、壓力、光熱的作用 R R+R 電阻式傳感器是利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將被測物體的變形轉(zhuǎn)換成電阻變化，在經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出的傳感器。 它可以測量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度、溫度等各種非電量。 現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于工程測量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。一一

10、、導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)、導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng) 當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。變效應(yīng)。 SlRSlRlnlnlnlnSdSldldRdR設(shè)有一根長度為l、截面積為S、電阻率為的金屬絲，其電阻R為 兩邊取對(duì)數(shù)，得等式兩邊取微分，ll3-2 電阻式傳感器 dR/R 電阻的相對(duì)變化； d/電阻率的相對(duì)變化； dl/l 金屬絲長度相對(duì)變化，用表示，= dl/l ,稱為金屬絲長度方向上的應(yīng)變或軸向應(yīng)變； dS/S 截面積的相對(duì)變化。S= r 2dS /S=2dr/rdr/r

11、為金屬絲半徑的相對(duì)變化，即徑向應(yīng)變?yōu)閞。r= 由材料力學(xué)知： 3-2-1 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)將微分dR、d改寫成增量R、，則)21 ()21 (dldldRdRSKllEllllRR)21 ()/21 (金屬絲電阻的相對(duì)變化與金屬絲的伸長或縮短之間存在比例關(guān)系。比例系數(shù)比例系數(shù)K KS S稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏稱為金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)系數(shù)。變形變性 3-2-1 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)物理意義：單位應(yīng)變引起的電阻相對(duì)變化。KS由兩部分組成：前一部分是（1+2），由材料的幾何尺寸變化引起，一般金屬0.3，因此（1+2）1.6；后一部分為 ，電阻率隨應(yīng)變而引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對(duì)金屬材料，以前者為主，

12、則KS 1+2；對(duì)半導(dǎo)體， KS值主要由電阻率相對(duì)變化所決定。實(shí)驗(yàn)表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成正比。通常KS在1.83.6范圍內(nèi)。ll / 3-2-1 導(dǎo)電材料的電阻效應(yīng)3-2-2 3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器二、電位計(jì)式傳感器二、電位計(jì)式傳感器 電位計(jì)式傳感器也稱為變阻器式傳感器，它通過改變電位器觸頭位置，把位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。根據(jù)下式 式中: 電阻率；l電阻絲長度；A電阻絲截面積。 如果電阻絲直徑和材質(zhì)一定時(shí)，則電阻值隨導(dǎo)線長度而變化。式中電阻值的單位為。AlR 常用電位計(jì)式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式

13、傳感器 直線位移型：直線位移型：當(dāng)被測位移變動(dòng)時(shí)，觸點(diǎn)c沿變阻器移動(dòng)。若移動(dòng)x，則c點(diǎn)與A點(diǎn)之間電阻值：R=kix 傳感器靈敏度：S=dR/dx=ki 式中k單位長度內(nèi)的電阻值。 當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時(shí)，ki為一常數(shù)。這時(shí)傳感器的輸出(電阻)與輸入(位移)成線性關(guān)系。3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器 回轉(zhuǎn)型變阻器式回轉(zhuǎn)型變阻器式傳感器，其電阻值隨轉(zhuǎn)角而變化。其靈敏度 式中轉(zhuǎn)角rad k單位弧度對(duì)應(yīng)的電阻值。kddRS3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器 非線性變阻器式傳感器，或稱為函數(shù)電位器。當(dāng)被測量與電刷位移x之間具有某種函數(shù)關(guān)系時(shí)，通過它可以獲得輸出電阻與輸入被測量的線性關(guān)系。設(shè)r(

14、x)為電位器任意瞬時(shí)位置（微小區(qū)間x）內(nèi)的電阻，則電阻位移為x時(shí)總電阻值為： 如果被測量為z(x)，它是位移x的函數(shù)， 若要得到線性輸出，應(yīng)滿足 在已知z(x)的情況下，可以求得r(x) 和Rx, r(x)可以用來確定電位器的骨架形狀。 drRxx0 xSzRx3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器 變阻器式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，使用方便。 缺點(diǎn)是分辨力不高，因?yàn)槭艿诫娮杞z直徑的限制。提高分辨力需使用更細(xì)的電阻絲，其繞制較困難。所以變阻器式傳感器的分辨力很難優(yōu)于20m。 由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，這種傳感器還有較大的噪聲。電刷和電阻元件之間接觸面的變動(dòng)和磨損、塵埃附著等，都會(huì)使電刷在滑動(dòng)

15、中的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則的變化，從而產(chǎn)生噪聲。 變阻器式傳感器被用于線位移、角位移測量，在測量儀器中用于伺服記錄儀器或電子電位差計(jì)等。3-2-2 電位計(jì)式傳感器電位計(jì)式傳感器變阻器式傳感器產(chǎn)品變阻器式傳感器產(chǎn)品3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：重量的自動(dòng)檢測重量的自動(dòng)檢測-配料設(shè)備配料設(shè)備 比較比較重量設(shè)定原材料原材料3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：彈簧原理：彈簧-力力-位移位移 -電位器電位器-電阻電阻案例：案例：煤氣包儲(chǔ)量檢測煤氣包儲(chǔ)量檢測煤氣包煤氣包鋼絲鋼絲3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：鋼絲原理：鋼絲-收線圈數(shù)收線圈數(shù) -電位器電位器 -電阻電阻案例：案例：玩具機(jī)器

16、人（廣州中鳴數(shù)碼玩具機(jī)器人（廣州中鳴數(shù)碼 ）3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器原理：電機(jī)原理：電機(jī)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -電位器電位器 -電阻電阻3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器案例：案例：振動(dòng)式地音入侵探測器振動(dòng)式地音入侵探測器 適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打適合于金庫、倉庫、古建筑的防范，挖墻、打洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。洞、爆破等破壞行為均可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器三、電阻應(yīng)變片三、電阻應(yīng)變片 金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。金屬應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，傳感器由在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變

17、敏感元件構(gòu)成。當(dāng)被測物理量作用在彈性元件上，彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的阻值變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成電量輸出，電量變化的大小反映了被測物理量的大小。 3-23-2 電阻式電阻式傳感器傳感器3-2-3 電阻應(yīng)變片1 1、絲式應(yīng)變片絲式應(yīng)變片 由敏感柵1、基底2、蓋片3、引線4和粘結(jié)劑等組成。這些部分所選用的材料將直接影響應(yīng)變片的性能。因此，應(yīng)根據(jù)使用條件和要求合理地加以選擇。 2341bl柵長柵長柵寬柵寬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖（1 1） 敏感柵敏感柵n由金屬細(xì)絲繞成柵形，直徑：（0.0150.05）mmn應(yīng)變片的阻值：60、120、200等多種規(guī) 格，以120最為常用。（允

18、許有一定的誤差，但不能太大，否則影響平衡）n標(biāo)距=柵寬柵長=bl 較大的應(yīng)變片：5100（200）mm 較小的應(yīng)變片：11（2）mm等。n結(jié)構(gòu)：回線式（a）和短接式（b）一般至少用兩個(gè)，一個(gè)做測量，一個(gè)做溫度補(bǔ)償， 或用四個(gè)，兩個(gè)做測量，兩個(gè)做溫度補(bǔ)償。3-2-3 電阻應(yīng)變片l對(duì)敏感柵的材料的要求：應(yīng)變靈敏系數(shù)大，并在所測應(yīng)變范圍內(nèi)保持為常 數(shù)；電阻率高而穩(wěn)定，以便于制造小柵長的應(yīng)變片；電阻溫度系數(shù)要??；抗氧化能力高，耐腐蝕性能強(qiáng)；在工作溫度范圍內(nèi)能保持足夠的抗拉強(qiáng)度；加工性能良好，易于拉制成絲或軋壓成箔材；易于焊接，對(duì)引線材料的熱電勢小。對(duì)應(yīng)變片要求必須根據(jù)實(shí)際使用情況，合理選擇。3-2-3

19、 電阻應(yīng)變片（2 2） 基底和蓋片基底和蓋片 基底用于保持敏感柵、引線的幾何形狀和相對(duì)位置，蓋片既保持敏感柵和引線的形狀和相對(duì)位置，還可保護(hù)敏感柵?；椎娜L稱為基底長，其寬度稱為基底寬?；撞牧希海? 3） 引線引線 是從應(yīng)變片的敏感柵中引出的細(xì)金屬線，直徑（0.150.2）mm。對(duì)引線材料的性能要求：電阻率低、電阻溫度系數(shù)小、抗氧化性能好、易于焊接。大多數(shù)敏感柵材料都可制作引線。3-2-3 電阻應(yīng)變片（4 4） 粘結(jié)劑粘結(jié)劑 用于將敏感柵固定于基底上，并將蓋片與基底粘貼在一起。使用金屬應(yīng)變片時(shí)，也需用粘結(jié)劑將應(yīng)變片基底粘貼在構(gòu)件表面某個(gè)方向和位置上。以便將構(gòu)件受力后的表面應(yīng)變傳遞給應(yīng)變計(jì)的

20、基底和敏感柵。 常用的粘結(jié)劑分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。有機(jī)粘結(jié)劑用于低溫、常溫和中溫。常用的有聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂，聚酰亞胺等。無機(jī)粘結(jié)劑用于高溫，常用的有磷酸鹽、硅酸、硼酸鹽等。3-2-3 電阻應(yīng)變片2、箔式應(yīng)變片 金屬箔式應(yīng)變片則是用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。金屬箔式應(yīng)變片則是用柵狀金屬箔片代替柵狀金屬絲。金屬箔柵系用光刻技術(shù)制造，適于大批量生產(chǎn)。其線條均金屬箔柵系用光刻技術(shù)制造，適于大批量生產(chǎn)。其線條均勻，尺寸準(zhǔn)確，阻值一致性好。箔片厚約勻，尺寸準(zhǔn)確，阻值一致性好。箔片厚約110m，散熱，散熱好，粘結(jié)情況好，好，粘結(jié)情況好， 傳遞試件應(yīng)變性能好。傳遞試件應(yīng)變性能好。 因此目前使

21、用的多系金屬箔式應(yīng)變片。因此目前使用的多系金屬箔式應(yīng)變片。3-2-3 電阻應(yīng)變片3、薄膜應(yīng)變片 是薄膜技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，厚度在0.1m以下。 是采用真空蒸發(fā)法，將電阻材料蒸鍍?cè)诨咨现瞥擅舾袞哦纬蓱?yīng)變片。 靈敏度系數(shù)高，易于規(guī)模生產(chǎn)，是一種很有前途的新型應(yīng)變片。 用得較少，自學(xué)了解。3-2-3 電阻應(yīng)變片4、半導(dǎo)體應(yīng)變片 半導(dǎo)體應(yīng)變片最簡單的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。半導(dǎo)體應(yīng)變片最簡單的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的使用方法與金屬電阻應(yīng)變片相半導(dǎo)體應(yīng)變片的使用方法與金屬電阻應(yīng)變片相同，即粘貼在彈性元件或被測物同，即粘貼在彈性元件或被測物 體上，其電阻值隨被測試件的應(yīng)體上，其電阻值隨被測試件的應(yīng) 變

22、而變化。變而變化。 半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體應(yīng)變片的工作原理是基于 半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)。3-2-3 電阻應(yīng)變片 所謂壓阻效應(yīng)是指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時(shí)，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高； 缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差，非線性嚴(yán)重。做一批應(yīng)變片，各不相同；同一批應(yīng)變片在不同條件下，變化很大。3-2-3 電阻應(yīng)變片5、應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)K：的靈敏度系數(shù)指應(yīng)變片安裝于試件表面，在其軸向方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片的阻值相對(duì)變化與試件表面上安裝應(yīng)變片區(qū)域的軸向應(yīng)變之比。Ks: 的靈敏度系數(shù)金屬單絲的電阻相對(duì)變化與它所感受的應(yīng)變之比。 當(dāng)金屬絲做成應(yīng)變片后，其

23、電阻應(yīng)變特性，與。因此，須用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)應(yīng)變片的電阻應(yīng)變特性重新測定。3-2-3 電阻應(yīng)變片 實(shí)驗(yàn)表明，金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)金屬應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化與應(yīng)變變?cè)诤軐挼姆秶鷥?nèi)均為線性關(guān)系。在很寬的范圍內(nèi)均為線性關(guān)系。即： K為金屬應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。注意，K是在試件受一維應(yīng)力作用，應(yīng)變片的軸向與主應(yīng)力方向一致，且試件材料的泊松比為0.285的鋼材時(shí)測得的。KRRRRK 測量結(jié)果表明，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K K恒小于線材的恒小于線材的靈敏系數(shù)靈敏系數(shù)K KS S。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也。原因：膠層傳遞變形失真，橫向效應(yīng)也是一個(gè)不可忽視的因素。是一個(gè)不可忽視的因素。 J思考

24、：K與K KS S大小的關(guān)系？大小的關(guān)系？3-2-3 電阻應(yīng)變片 第三第三節(jié)節(jié) 電容式傳感器電容式傳感器 電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，能在高溫、輻射和強(qiáng)烈振動(dòng)等惡劣條件下工作。 應(yīng)用：壓力、差壓、液位、振動(dòng)、位移、加速度、成分含量等多方面的測量。3-3 電容式傳感器 工作原理： 電容式傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的裝置。電容式傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的裝置。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。 從物理學(xué)可知，由兩個(gè)平行極板組成的電容器其電容量為：從物理學(xué)可知，

25、由兩個(gè)平行極板組成的電容器其電容量為： 式中式中r r極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，在空氣中極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，在空氣中r r=1=1； o o真空中介電常數(shù)，真空中介電常數(shù)，o o8.858.851010-12-12F Fm m； d d極板間距離；極板間距離； S極板間相互覆蓋面積。極板間相互覆蓋面積。dSCr03-3 電容式傳感器 當(dāng)被測量使d、S或發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容C的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為電容量的變化。 根據(jù)電容器變化的參數(shù)，可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三類。在實(shí)際中，極距變化型與面積變化型的應(yīng)用較為廣泛。

26、dSCr03-3 電容式傳感器 類型： ( (一一) )面積變化型面積變化型 在變換極板面積的電容傳感器中，一般常用的有在變換極板面積的電容傳感器中，一般常用的有角位移型和線位移型兩種。角位移型和線位移型兩種。3-3 電容式傳感器角位移型：當(dāng)動(dòng)板有一轉(zhuǎn)角時(shí)，與定板之間相互覆蓋面積就改變，從而改變電容的輸出。常數(shù)drdSdCKr220當(dāng)=0時(shí)，當(dāng)0時(shí)，傳感器的電容量傳感器的電容量C與角位移與角位移呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。dSdSCrr6.30000)1 (6 . 3)1 (000CdSdSCrr3-3 電容式傳感器 平面線位移型平面線位移型電容傳感器：當(dāng)動(dòng)板沿電容傳感器：當(dāng)動(dòng)板沿X X方向移動(dòng)時(shí)

27、，方向移動(dòng)時(shí)，覆蓋面積發(fā)生變化，電容量也隨之變化。其電容量覆蓋面積發(fā)生變化，電容量也隨之變化。其電容量C C 式中式中b b極板寬度。極板寬度。 靈敏度靈敏度 dbxCr0常數(shù)dbdxdCKr0此傳感器的電容量此傳感器的電容量C與水平位移與水平位移x呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。3-3 電容式傳感器 圓柱體線位移型圓柱體線位移型電容傳感器。動(dòng)板電容傳感器。動(dòng)板( (圓柱圓柱) )與定板與定板( (圓柱圓柱) )相互覆蓋，其電容量相互覆蓋，其電容量 式中式中D D圓筒孔徑；圓筒孔徑； d d圓柱外徑。圓柱外徑。 當(dāng)覆蓋長度當(dāng)覆蓋長度x x變化時(shí)，變化時(shí)， 電容量電容量C C發(fā)生變化，其靈發(fā)生變化，其靈

28、 敏度敏度dDxCr/ln20常數(shù)dDdxdCKr/ln203-3 電容式傳感器 面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與面積變化型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是輸出與輸入成線性關(guān)系。但與極距變化型相比，靈輸入成線性關(guān)系。但與極距變化型相比，靈敏度較低，適用于較大直線位移及角位移的敏度較低，適用于較大直線位移及角位移的測量。測量。3-3 電容式傳感器 ( (二二) )介質(zhì)變化型介質(zhì)變化型u這種傳感器大多用來測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位、液這種傳感器大多用來測量電介質(zhì)的厚度、位移、液位、液量。還可根據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度的改變而測量量。還可根據(jù)介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度的改變而測量溫度、濕度等。溫度、濕度等

29、。u當(dāng)電極間存在導(dǎo)電物質(zhì)時(shí)，電極的表面應(yīng)涂蓋絕緣層（如當(dāng)電極間存在導(dǎo)電物質(zhì)時(shí)，電極的表面應(yīng)涂蓋絕緣層（如0.1mm0.1mm厚的聚四氟乙烯等），防止電極間短路。厚的聚四氟乙烯等），防止電極間短路。 u圖中是這種傳感器的典型實(shí)例。圖中是這種傳感器的典型實(shí)例。3-3 電容式傳感器電容式液位傳感器傳感器的電容量傳感器的電容量C與被測液位高度與被測液位高度h呈線性關(guān)系。呈線性關(guān)系。dDhHdDhCln)(2ln21相當(dāng)于兩個(gè)電容器并聯(lián)：dDhCln)(210dDhdDHln)(2ln21= C0+A h3-3 電容式傳感器另一種結(jié)構(gòu)： d0d110若d0,d1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來 測未知材料的介電常數(shù)

30、若1已知時(shí)，此結(jié)構(gòu)可用來測某介電材料的厚度（如紙張、塑料薄膜等）)(6 .36 .36 .36 .36 .30011110011001010ddsdsdsdsdsCCCCC3-3 電容式傳感器 ( (三三) )極距變化型極距變化型 如果兩極板互相覆蓋面積及極間介質(zhì)不變，如果兩極板互相覆蓋面積及極間介質(zhì)不變，則電容量則電容量C C與極距與極距呈非線性關(guān)系。當(dāng)極距有一呈非線性關(guān)系。當(dāng)極距有一微小變化量微小變化量dd時(shí)，引起電容的變化量時(shí)，引起電容的變化量dCdC為為由此可以得到傳感器靈敏度由此可以得到傳感器靈敏度dxdSdCr201201dSdxdCKrdSCr03-3 電容式傳感器 可以看出，靈

31、敏度可以看出，靈敏度K與極距平方成反比，極距越小與極距平方成反比，極距越小靈敏度越高。顯然，由于靈敏度隨極距而變化，這將引靈敏度越高。顯然，由于靈敏度隨極距而變化，這將引起線性誤差。為了減小這一誤差，通常規(guī)定在較小的間起線性誤差。為了減小這一誤差，通常規(guī)定在較小的間隙變化范圍內(nèi)工作，以便獲隙變化范圍內(nèi)工作，以便獲 得近似線性關(guān)系。得近似線性關(guān)系。 一般取極距變化一般取極距變化 范圍約為范圍約為 dd 00.1。3-3 電容式傳感器結(jié)論：當(dāng)d/d0 0所以上式可簡化為 lSNL02 可見，自感L是氣隙截面積和長度的函數(shù)，即Lf(S,l)，如果S保持不變，則L為l的單值函數(shù)，構(gòu)成變隙式自感傳感器變

32、隙式自感傳感器；若保持l不變，使S隨位移變化，則構(gòu)成變截面式自感傳感器變截面式自感傳感器。823-4 電感式傳感器 輸出特性曲線L=f（S）LSLSL=f（l）變氣隙式傳感器特性曲線變截面積式傳感器特性曲線 L L= =f f( (l l) )為非線性關(guān)系。當(dāng)為非線性關(guān)系。當(dāng)l l0 0時(shí)，時(shí)，L L為為，考慮導(dǎo)磁體，考慮導(dǎo)磁體的磁阻，當(dāng)?shù)拇抛?，?dāng)l l0 0時(shí)，并不等于時(shí)，并不等于，而具有一定的數(shù)值，在，而具有一定的數(shù)值，在l l較小時(shí)其特性曲線如圖中虛線所示。如上下移動(dòng)銜鐵使面積較小時(shí)其特性曲線如圖中虛線所示。如上下移動(dòng)銜鐵使面積S S改變，從而改變改變，從而改變L L值時(shí)值時(shí), ,則則L

33、 Lf f( (S S) )的特性曲線為一直線。的特性曲線為一直線。 L l自感變化靈敏度為： rLlllLlLK11rllll11線性度lLL1L2 L0l0結(jié)論：當(dāng)氣隙l發(fā)生變化時(shí)，自感的變化與氣隙變 化均呈非線性關(guān)系，其非線性程度隨氣隙相對(duì)變化l/l的增大而增加；氣隙減少l所引起的自感變化L1與氣隙增加同樣l所引起的自感變化L2并不相等，即L1L2，其差值隨l/l的增加而增大。3-4 電感式傳感器3-4 電感式傳感器 由前面的分析可見，變氣隙式電感傳感器的測量范圍與靈敏度及線性度相矛盾。 由于以上特點(diǎn)，為了減小非線性誤差，則要限定l的范圍，因此變間隙式傳感器只變間隙式傳感器只能用于微小位

34、移的測量。能用于微小位移的測量。 為了改善其非線性，常采用差動(dòng)式的結(jié)構(gòu)。 工作原理如下：3-4 電感式傳感器EUSC1342RR(l- l)/2(l- l)/2 差動(dòng)變氣隙式自感傳感器結(jié)構(gòu)由兩個(gè)電氣參數(shù)和磁路完全相同的線圈組成。當(dāng)銜鐵3移動(dòng)時(shí)，一個(gè)線圈的自感增加，另一個(gè)線圈的自感減少，形成差動(dòng)形式。rLlllLlLK1122)(11rllll靈敏度：線性度：3-4 電感式傳感器2、螺管型電感傳感器 種類：單線圈和差動(dòng)式結(jié)構(gòu)形式。種類：單線圈和差動(dòng)式結(jié)構(gòu)形式。 單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根單線圈螺管型傳感器的主要元件為一只螺管線圈和一根圓柱形鐵芯。傳感器工作時(shí)，因鐵芯在線圈中

35、伸入長度圓柱形鐵芯。傳感器工作時(shí)，因鐵芯在線圈中伸入長度的變化，引起螺管線圈自感值的變化。當(dāng)用恒流源激勵(lì)的變化，引起螺管線圈自感值的變化。當(dāng)用恒流源激勵(lì)時(shí)，則線圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關(guān)。時(shí)，則線圈的輸出電壓與鐵芯的位移量有關(guān)。用于較大行程用于較大行程rx螺旋管鐵心單線圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖單線圈螺管型傳感器結(jié)構(gòu)圖l3-4 電感式傳感器 線圈電感： l線圈長度 rc銜鐵半徑 r平均半徑 r鐵心的有效磁導(dǎo)率 N匝數(shù) lc銜鐵進(jìn)入線圈的長度ccrrllrlNL) 1(42222若被測量與若被測量與lc成正比，則成正比，則L L與被測量也成與被測量也成正比。實(shí)際上由于正比。實(shí)際上由于磁場強(qiáng)度分布不

36、均勻磁場強(qiáng)度分布不均勻，輸入，輸入量與輸出量之間關(guān)系非線性的。量與輸出量之間關(guān)系非線性的。螺管線圈內(nèi)磁場分布曲線rxl1.00.80.60.40.20.2 0.4 0.60.81.0H（ ）INlx（l） 鐵芯在開始插入（x=0）或幾乎離開線圈時(shí)的靈敏度，比鐵芯插入線圈的1/2長度時(shí)的靈敏度小得多。這說明只有在線圈中段才有可能獲得較高的靈敏度，并且有較好的線性特性。 3-4 電感式傳感器n為了提高靈敏度與線性度,常采用差動(dòng)螺管式自感傳感器。這種差動(dòng)螺管式自感傳感器的測量范圍為(550)mm,非線性誤差在0.5左右。 2lclc2l線圈線圈r0.80.60.40.20.20.40.60.8-0.

37、80.80.41.2-1.2-0.4xH（ ）INl差動(dòng)螺旋管式自感傳感器(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)磁場分布曲線x(l)(a)(b)3-4 電感式傳感器3-4 電感式傳感器 綜上所述，螺管式自感傳感器的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造裝配容易；由于空氣間隙大，磁路的磁阻高，因此靈敏度低，但線性范圍大；由于磁路大部分為空氣，易受外部磁場干擾；由于磁阻高，為了達(dá)到某一自感量，需要的線圈匝數(shù)多，因而線圈分布電容大；要求線圈框架尺寸和形狀必須穩(wěn)定，否則影響其線性和穩(wěn)定性。 二、互感式傳感器 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感變化的傳感器稱為互感式傳感器。 這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式

38、連接，故稱差動(dòng)變壓器式傳感器。 結(jié)構(gòu)：變隙式、變面積式和螺管式。 其中螺線管式最為常用，可測量1100mm的機(jī)械位移。3-4 電感式傳感器3-4 電感式傳感器dtdiMe112互感現(xiàn)象：線圈L1（初級(jí)線圈）中輸入交流電i1時(shí)，線圈L2（次級(jí)線圈）中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢e12，其大小和電流的變化率成正比。M ：比例系數(shù)，稱為互感。反映兩線圈的耦合程度。L1L2 差動(dòng)變壓器式結(jié)構(gòu)及工作原理原理：當(dāng)初級(jí)線圈加上某一頻率的正弦交流電壓后，次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓e21,e22，它們的大小與鐵芯在線圈內(nèi)的位置有關(guān)， e21和e22反極性連接就得到輸出電壓e23-4 電感式傳感器 等效電路e2R21R22e21e2

39、2e1R1M1M2L21L22L1I1在理想情況下(忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗)，差動(dòng)變壓器的等效電路如圖。初級(jí)線圈的電流值為：1111LjReI激勵(lì)電壓的角頻率； e1激勵(lì)電壓； e1 初級(jí)線圈激勵(lì)電壓L1,R1 初級(jí)線圈電感和電阻M1,M1 分別為初級(jí)與次級(jí)線圈 1,2間的互感L21,L22 兩個(gè)次級(jí)線圈的電感R21,R22 兩個(gè)次級(jí)線圈的電阻3-4 電感式傳感器12221121IMjeIMje11212121mRNNINM21212222mRNNINMN2為次級(jí)線圈匝數(shù)。Rm1和Rm2是通過兩個(gè)次級(jí)線圈的磁阻。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓e21和e22，其值分別為初級(jí)線圈對(duì)兩次級(jí)線圈的互感系數(shù)

40、：3-4 電感式傳感器21211212LReMMe22212221LLjRRZ2222122221LLRRZ其幅值：輸出阻抗：1112122212LjReMMjeee因此空載輸出電壓:3-4 電感式傳感器應(yīng)用測量振動(dòng)、厚度、應(yīng)變、壓力、加速度等各種物理量。1. 1. 差動(dòng)變壓器式加速度傳感器差動(dòng)變壓器式加速度傳感器用于測定振動(dòng)物體的頻率和振幅時(shí)其激磁頻率必須是振動(dòng)頻率的十倍以上，才能得到精確的測量結(jié)果。可測量的振幅為(0.15)mm，振動(dòng)頻率為(0150)Hz。 穩(wěn)壓電源振蕩器檢波器濾波器(b)(a)220V加速度a方向a輸出1211 彈性支承 2 差動(dòng)變壓器3-4 電感式傳感器2. 2. 微

41、壓力變送器微壓力變送器將差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件（膜片、膜盒和彈簧管等）相結(jié)合，可以組成各種形式的壓力傳感器。220V1接頭 2 膜盒 3 底座 4 線路板 5 差動(dòng)變壓器 6 銜鐵 7 罩殼V振蕩器穩(wěn)壓電源差動(dòng)變壓器相敏檢波電路1234567 這種變送器可分檔測量( (5 510105 56 610105 5)N/m)N/m2 2壓力，輸出信號(hào)電壓為(0(050)mV50)mV，精度為1.5級(jí)。 3-4 電感式傳感器補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容 電渦流式傳感器 當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場或在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體上引起感生電流ie，此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合，稱為渦流。渦流大小與導(dǎo)體電阻率導(dǎo)體電阻率、磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率以及產(chǎn)生交

42、變磁場的線圈與被測體之間距離距離x，線圈激勵(lì)電流的頻率頻率f有關(guān)。顯然磁場變化頻率愈高，渦流的集膚效應(yīng)愈顯著。即渦流穿透深度愈小，其穿透深度h可表示 導(dǎo)體電阻率(cm)；r導(dǎo)體相對(duì)磁導(dǎo)率； f交變磁場頻率(Hz)?？梢姡瑴u流穿透深度h和激勵(lì)電流頻率f有關(guān)，所以渦流傳感器根據(jù)激勵(lì)頻率：高頻反射式高頻反射式或低頻透射低頻透射式兩類。 目前高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用廣泛。 fhr5030電渦流式傳感器原理電渦流效應(yīng)演示電渦流效應(yīng)演示 高頻反射式結(jié)構(gòu) 主要由一個(gè)安置在框架上的扁平圓形線圈構(gòu)成。此線圈可以粘貼于框架上，或在框架上開一條槽溝，將導(dǎo)線繞在槽內(nèi)。下圖為CZF1型渦流傳感器的結(jié)構(gòu)原理，它采取將導(dǎo)

43、線繞在聚四氟乙烯框架窄槽內(nèi)，形成線圈的結(jié)構(gòu)方式。 1234561 線圈 2 框架 3 襯套4 支架 5 電纜 6 插頭iedM電渦流傳感器原理圖工作原理 傳感器線圈由高頻信號(hào)激勵(lì)，使它產(chǎn)生一個(gè)高頻交變磁場i，當(dāng)被測導(dǎo)體靠近線圈時(shí)，在磁場作用范圍的導(dǎo)體表層，產(chǎn)生了與此磁場相交鏈的電渦流ie，而此電渦流又將產(chǎn)生一交變磁場e阻礙外磁場的變化。從能量角度來看，在被測導(dǎo)體內(nèi)存在著電渦流損耗（當(dāng)頻率較高時(shí)，忽略磁損耗）。能量損耗使傳感器的Q值和等效阻抗Z降低，因此當(dāng)被測體與傳感器間的距離d改變時(shí)，傳感器的傳感器的Q Q值值和等效阻抗等效阻抗Z Z、電電感感L L均發(fā)生變化，于是把位移量轉(zhuǎn)換成電量。這便是電

44、渦流傳感器的基本原理。 低頻透射式這種傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的貫穿深度，適合于測量金屬材料的厚度厚度。右圖為這種傳感器的原理圖和輸出特性。 電渦流的應(yīng)用電渦流的應(yīng)用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常可以遇到在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？梢杂龅?干凈、干凈、高效的高效的 電磁爐電磁爐電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理 高頻電流通高頻電流通過勵(lì)磁線圈，過勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁產(chǎn)生交變磁場，在鐵質(zhì)場，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生鍋底會(huì)產(chǎn)生無數(shù)的電渦無數(shù)的電渦流，使鍋底流，使鍋底自行發(fā)熱，自行發(fā)熱，燒 開 鍋燒 開 鍋 內(nèi)內(nèi) 的的 食食 物。物。大直徑電渦流探雷器大直徑電渦流探雷器 電渦流

45、傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測量等特點(diǎn) 轉(zhuǎn)速測量 計(jì)數(shù) 測厚度 探傷 測振動(dòng) 測溫 測位移3-6 壓電式傳感器 第六節(jié) 壓電式傳感器 壓電傳感器是典型的有源傳感器。 又稱自發(fā)電式傳感器及電勢式傳感器。 壓電傳感器的工作原理是基于某些晶體受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。 特點(diǎn)：體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、工作可靠；適合動(dòng)態(tài)力學(xué)測量，不能測量靜態(tài)量。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力學(xué)或壓力的測量。壓電傳感器是一個(gè)機(jī)電轉(zhuǎn)換元件。 應(yīng)用：拾音器、壓電引信、燃?xì)恻c(diǎn)火具。3-6 壓電式傳感器3-6 壓電式傳感器一、壓電效應(yīng) 一些晶體結(jié)構(gòu)的材料，當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，

46、同時(shí)在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷； 而當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)不帶電的狀態(tài)； 當(dāng)作用力方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變。 晶體受作用力產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比，這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。 反之，如果給晶體施加以交變電場，晶體本身則產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，又稱電致伸縮效應(yīng)。 壓電效應(yīng)具有可逆性。電能電能機(jī)械能機(jī)械能正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)3-6-1 壓電效應(yīng)ZXY(a)(b)石英晶體(a)理想石英晶體的外形 (b)坐標(biāo)系ZYXv晶體晶體縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng): :通常把沿電軸通常把沿電軸X XX X方向的力作用下產(chǎn)生方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓

47、電效應(yīng)稱為電荷的壓電效應(yīng)稱為“縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)”；橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng):而把沿機(jī)而把沿機(jī)械軸械軸Y YY Y方向的力作用方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為稱為“橫向壓電效應(yīng)；橫向壓電效應(yīng)；沿光軸沿光軸Z ZZ Z方向受力則方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。光軸光軸電軸電軸機(jī)械軸機(jī)械軸xxFdq11yyFbadq123-6-1 壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)：在：在YY方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)，其方向受力產(chǎn)生的壓電效應(yīng)，其電荷分布與電荷分布與XX方向受力所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)情況相反；方向受力所產(chǎn)生的壓電效應(yīng)情況相反；當(dāng)當(dāng)Y方向受壓時(shí)（方向受壓時(shí)（FY0），），其電荷分其電荷分布如同布如同X方向受壓所示。方向受壓所示。3-6-1 壓電效應(yīng) 晶體切片