第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 3.压电式传感器及其等效电路 (1)压电式传感器是在压电晶片两个工作面上镀上金属 膜，实质上是一个的电荷源。 (2)也可以当成电容。 EoSA δ8 金风议 一晶片相对介电常数 石英为4.5F/m,钛酸 钡为1200F/m。 0一真空介电常数 A一工作面面积 δ一晶片厚度
广东工业大学机电工程学院 3. 压电式传感器及其等效电路 （1）压电式传感器是在压电晶片两个工作面上镀上金属 膜，实质上是一个的电荷源。 （2）也可以当成电容。 晶片相对介电常数 石英为4.5F/m，钛酸 钡为1200F/m。 0 真空介电常数 A 工作面面积 晶片厚度 第四章 常用传感器和敏感元件 0 A C
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 (3)双晶片连接形式 通常双晶片连接，总电荷、总电压如下： ■并联：用于电荷作为输出量场合，有利于准静态测量。 U′=UQ′=2Q则C′=2C 并联输出电荷大，本身电容大（时间常 数大一些)，允许被测对象变化频率稍低 并联 ■串联：用于电压作为输出量场合。 U′=2UQ′=Q 则C′=(1/2)C 串联输出电压大，本身电容小，要求后 续电路有较大的输入阻抗。 串联
广东工业大学机电工程学院 （3）双晶片连接形式 通常双晶片连接，总电荷、总电压如下： 并联：用于电荷作为输出量场合，有利于准静态测量。 U＇=U Q ＇ =2Q 则C ＇ =2C 串联：用于电压作为输出量场合。 U ＇=2U Q ＇=Q 则C ＇=（1/2）C 并联输出电荷大，本身电容大（时间常 数大一些），允许被测对象变化频率稍低 。 串联输出电压大，本身电容小，要求后 续电路有较大的输入阻抗。 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 (4) 两种等效电路： 电荷等效电路：一个电荷源 Q和一个电容器C并联 电压等效电路：一个电压源 U=q/C和一个电容器C串联 。 等效电荷源 等效电压源 ■等效电路表明 >和普通电容器不同的是极板上的电荷是在外力作用下产 生的，若力的作用终止，则电荷也随之消失。 >负载无穷大，则力不变，电荷不变，如果负载不是无穷 大，出现电荷泄露现象，电路将按指数规律放电，因 此不适合静态长时间测量。 >适宜做动态测量
广东工业大学机电工程学院 （ 4）两种等效电路： 电荷等效电路：一个电荷源 Q和一个电容器 C并联 电压等效电路：一个电压源 U=q/C和一个电容器 C串联 。 第四章 常用传感器和敏感元件 等效电路表明 和普通电容器不同的是极板上的电荷是在外力作用下产 生的，若力的作用终止，则电荷也随之消失。 负载无穷大，则力不变，电荷不变，如果负载不是无穷 大，出现 电荷泄露现象，电路将按指数规律放电，因 此不适合静态长时间测量。 适宜做动态测量
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 4.测量电路 压电式传感器产生的电荷量很微弱，本身内阻很大，输出能 量很小。 输出阻抗很高 输出阻抗适当降低 压电传感器 前置放大器 般仪器 前置放大器的作用 阻抗变换作用：高阻抗→低阻抗 功率放大作用：放大传感器的微弱信号 电压放大器一 高内阻的电压源转换成低内阻的电压源 前置放大器 (阻抗变换器) 输出电压c输入电压 电荷放大器一高内阻的电荷源转换成低内阻的电压源 输出电压c输入电荷
广东工业大学机电工程学院 4. 测量电路 阻抗变换作用：高阻抗低阻抗 功率放大作用：放大传感器的微弱信号 电压放大器 — 高内阻的电压源转换成低内阻的电压源 (阻抗变换器) 输出电压输入电压 电荷放大器 — 高内阻的电荷源转换成低内阻的电压源 输出电压输入电荷 前置放大器的作用 前置放大器 压电传感器 前置放大器 一般仪器 输出阻抗很高 输出阻抗适当降低 压电式传感器产生的电荷量很微弱，本身内阻很大，输出能 量很小。 第四章 常用传感器和敏感元件
第四章常用传感器和敏感元件 广东工业大学机电工程学院 (1)电压放大电路 @RCa U 1+[@R(Ca+Cc+Ci)]2 Usc Rc Ri 1 0>> R(Ca+Cc+Ci) 电压测量电路 Ca一压电元件电容Ra一传感器绝缘电阻 Ca Cc一电缆电容 Rc- 电缆电容 Usc .U Ci一前置放天器输入电容 Ca+Cc+Ci Ri一前置放大器输入电阻 可近似看作输出电压与作用力频率无关 优点：高频响应相当好 缺点：与电缆电容有关
广东工业大学机电工程学院 （1）电压放大电路 ）电压放大电路 可近似看作输出电压与作用力频率无关 优点：高频响应相当好 缺点：与电缆电容有关 SC Ux R CcCa Ci RCa U 2 ([1 )] ( ) 1 R CiCcCa SC Ux CiCcCa Ca U 第四章 常用传感器和敏感元件