為什麼說壓電式感測器只適用於動態測量而不能用於靜態測量

時間 2021-08-30 10:34:50

1樓:禾鳥

原因:因為壓電式感測器只有在動態時才有訊號輸出,靜態時不管受壓與否,壓力有多大,都沒有訊號輸出,所以不能用於靜態測量。

動態測量時被測量在測量過程中是隨時間不斷變化的,對這種被測量進行測量的測量方法。一般需首先在某一起始點上,靜止地觀測數分鐘,以便進行初始化工作。之後,運動的接收機按預定的取樣時間間隔自動地進行觀測,並連同基準站的同步觀測資料,實時地確定取樣點的空間位置。

目前,其定位的精度可達釐米級。

另外,根據測量敏感元件是否與被測介質接觸可分為接觸式測量與非接觸式測量;根據測量系統是否向被測物件施加能量可分為主動式測量與被動式測量等。

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壓電式感測器的主要引數:

(1)壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的引數, 它直接關係到壓電輸出的靈敏度。

(2)壓電材料的彈性常數、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性。

(3)對於一定形狀、 尺寸的壓電元件, 其固有電容與介電常數有關; 而固有電容又影響著壓電感測器的頻率下限。

(4)在壓電效應中,機械耦合係數等於轉換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根; 它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要引數。

(5)壓電材料的絕緣電阻將減少電荷洩漏, 從而改善壓電感測器的低頻特性。

(6)壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點溫度。

2樓:

因為經過外力作用後的電荷,只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到儲存,實際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。

它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。

壓電式感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業,例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的衝擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。

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壓電式感測器中用得最多的屬於壓電多晶的各類壓電陶瓷和壓電單晶中的石英晶體。其他壓電單晶還有適用於高溫輻射環境的鈮酸鋰以及鉭酸鋰、鎵酸鋰、鍺酸鉍等。壓電陶瓷有屬於二元系的鈦酸鋇陶瓷、鋯鈦酸鉛系列陶瓷、鈮酸鹽系列陶瓷和屬於三元系的鈮鎂酸鉛陶瓷。

壓電陶瓷的優點是燒製方便、易成型、耐溼、耐高溫。缺點是具有熱釋電性,會對力學量測量造成干擾。有機壓電材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龍等十餘種高分子材料。

有機壓電材料可大量生產和製成較大的面積,它與空氣的聲阻匹配具有獨特的優越性,是很有發展潛力的新型電聲材料。

60年代以來發現了同時具有半導體特性和壓電特性的晶體,如硫化鋅、氧化鋅、硫化鈣等。利用這種材料可以製成集敏感元件和電子線路於一體的新型壓電感測器,很有發展前途。

壓電式感測器大致可以分為4種,即:壓電式測力感測器,壓電式壓力感測器,壓電式加速度感測器及高分子材料壓力感測器。

3樓:匿名使用者

這一說法不是絕對的,事實上有壓電式感測器用於靜態測量的情況。只不過壓電式感測器用於靜態測量所要解決的技術和成本問題比較大;

造成這一狀況的根本原因是,壓電式感測器所產生的原始訊號是「電荷」,而電荷的保持和測量都相當的難度。

壓電式感測器,是基於壓電效應的感測器。是一種自發電式和機電轉換式感測器。它的敏感元件由壓電材料製成。

壓電材料受力後表面產生電荷。此電荷經電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗後就成為正比於所受外力的電量輸出。

壓電效應,某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後,它又會恢復到不帶電的狀態,這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。

相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發生變形,電場去掉後,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應。

靜態測量,指被測量引數基本不變,或變化緩慢時所進行的測量。

動態測量,指被測量引數處於始終變化狀態時所進行的測量。

電荷,帶正負電的基本粒子,稱為電荷,帶正電的粒子叫正電荷(表示符號為「+」),帶負電的粒子叫負電荷(表示符號為「﹣」)。也是某些基本粒子(如電子和質子)的屬性,同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。電荷的多少叫電荷量,即物質、原子或電子等所帶的電的量。

電荷的符號是q,單位是庫侖(記號為c)簡稱庫。

電壓,衡量單位電荷在靜電場中由於電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等於單位正電荷因受電場力作用從a點移動到b點所做的功。

電流,單位時間裡通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度,簡稱電流。

在討論(研究)壓電式感測器的輸出電量時,採用「電荷」而不是常用的電壓或電流。是因為感測器產生的電荷量極小(以個數來計量),採用通常手段已經無法測出這種電荷所形成的電壓或電流。

對於壓電式感測器電荷訊號的測量,存在兩方面的問題:一是電荷測量電路的技術要求(極高的輸入阻抗即絕緣要求);二是電荷本身會因為材料、環境等方面的原因流失掉。

這就造成在靜態測量時,如果發生電荷的流失(包括測量過程造成的電荷損失),經過一段時間後,電荷量和壓力之間的函式關係就會發生改變,測量結果形成誤差。

而在動態測量中,只要電荷產生或減少的速度大於流失的速度,電荷量與壓力之間就能保持相對的函式關係。

這就是壓電式感測器只適用於動態測量而不適合用於靜態測量這一說法的來歷。

實際上只要壓電元件產生的電荷量足夠「揮霍」,或者通過材料、結構、測量電路的改進,使電荷散失可以忽略,製成的感測器仍然是可以用於靜態測量的。

4樓:匿名使用者

壓電式感測器的工作原理決定其只適於動態量測量。力作用在壓電感測器上,其會產生電荷。電荷量很微弱,會由自身洩漏掉。若動態力作用,則電荷可以不斷補充,不至於完全洩漏掉。

5樓:遊戲

當作用在雅典原件上的力是靜態力時,前置放大器的輸入電壓等於零,其根本原因在於靜態力所產生的電荷會立即通過前置放大器的輸入電阻和感測器本身的漏掉,所以壓電式感測器只適用於動態測量而不能用於靜態測量

6樓:一蓑煙雨任平生

壓電式感測器的工作原理基於壓電效應,但壓電式感測器不能用於靜態測量,這是因為當外力作用在壓電元件上產生的電荷只有在無洩露的情況下才能儲存,這實際上是不可能的,所以壓電元件不能用於靜態測量。而在交變力的作用下,電荷可以不斷補充,瞬時的電荷輸出正比於外部作用力,故能用於動態測量。

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