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压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,相对密度1.80,熔点190℃,能够承受高温和相当高的湿度,在空气中稳定。常温下( 20℃)在水中的溶解度为37.4g,微溶于乙醇,不溶于,所以 已经得到了广泛的应用。在现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
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压力传感器的测量范围比电感式传感器大一倍,它不仅能检测金属目标,而且还能检测电介质,如纸、玻璃、木材和塑料等,甚至可以通过墙壁或纸壳进行检测。由于人体在低频下相当于电导体,因此也出现了用于人的颤抖测量和防盗报警。
在测量构件应变时,直接将应变片黏贴在构件上即可,但若要测量力、压力、加速度等信号,应先将这些物理量转变成应变,然后用应变片测量,比直接测量时多了一个转换过程,完成这种转换过程的原件通常称为弹性原件,因此,应变式传感器通常由弹原件和应变计两部分构成。
弹原件是传感器的核心部件,要求弹性原件弹性储能高,通常表示为弹性材料储存变形功而不发生变形的能力。压力传感器具有良好的机械加工和热处理性能,具有较强的抗压强度。受温度影响小等特性,正确选择弹原件及应变计桥路是提高应变式传感器的重要途径。
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通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
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