压电式压力传感器灵敏度标定方法研究

收稿日期:2004203216 作者简介:潘玉安(19652),男,安徽人,讲师,主要从事机械制造和机电一体化的研究。

文章编号:100422474(2005)022*******压电陶瓷传感器灵敏度的研究潘玉安,曹荣祥,曹良足,范跃农,胡鸿豪(景德镇陶瓷学院机电系,江西景德镇333001) 摘　要:由于具有压电效应,压电陶瓷能直接将非电量转变为电量,同时它的压电常数可通过调整配方组成或改变陶瓷片的组合方式而得到大幅度提高,从而可有效地提高它的灵敏度,因此,以压电陶瓷作敏感元的传感器越来越受到人们的重视。

简单介绍了压电传感器的基本原理及构成,分别从静态和动态两方面,详细讨论了影响压电传感器灵敏度的因素,在此基础上得出了提高灵敏度的有效方法。

关键词:压电陶瓷;传感器;灵敏度中图分类号:T P 212 文献标识码:AResearch on Sen sisti v ity of P i ezoelectr i c Tran sducersPAN Y u -an ,CAO Rong -x i a ng ,CAO L i a ng -zu ,FAN Y ue -nong ,HU Hong -hao(D ep t 1of M echnical &E lectronics Engineering,J ingdezhen Cera m ics Institute,J ingdezhen 333001,China ) Abstract :Ex isting p iezoelectric effect ,p iezoelectric ceram ics can tran slate directly nonelectric param eters in toelec 2tric param eters ,and its p iezoelectric con stan ts can be greatly raised by adjusting the compo siti on o r varying the connec 2ti on ,w h ich can m ake sen sistivity raised efficien tly ,s o the tran sducersm ade of p iezoelectric ceram ics have beenp layed mo re atten ti on to 1T h is article describles the basic p rinci p le and con stituti on of p iezoelectric tran sducer 1T he facto r 2s w h ich affect the sen sistivity of p iezoelectric tran sducer w ere discussed in static state and dynam ic state res pectly 1T he effective m ethods w h ich can raise the sen sistivity w ere derived from the above discussi on 1 Key words :p iezoelectric ceram ic ;tran sducer ;sen sistivity 传感器是一种广泛用于工业、农业、国防和医学等领域的具有检测功能的器件,被称作“电五官”[1],即通过摸拟人类五官的功能,对各种非电量进行检测。

压电式传感器的应用——压电式加速度传感器目录一、摘要.......................................二、引言.......................................三、关键词.....................................四、压电式加速传感器原理.......................五、压电式加速传感器构成.......................六、压电式加速度传感器的灵敏度....................七、等效电路...................................八、应用背景及实例.............................九、总结.......................................一、摘要压电式加速传感器是压电式传感器中应用最广泛的传感器之一。

近年来压电式加速传感器得到了较大的发展，本文重点讲解了压电式加速传感器的原理及构成元件，并对压电式传感器在实际生产生活中的应用做介绍。

二、引言压电效应（piezo electric effect）是由居里兄弟皮尔（P·Curie）与杰克斯（J·Curie）在1880年发现的。

1880年杰克斯在实验室发现了压电性。

起先，皮尔致力于焦电现象（pyroelectriceffect）与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩却发现，在某一类晶体中施以压力会有电性产生。

他们又系统的研究了施压方向与电场强度间的关系，及预测某类晶体具有压电效应。

经他们实验而发现，具有压电性的材料有：闪锌矿、钠氯酸盐、电气石、石英、酒石酸、蔗糖、方硼石、异极矿、黄晶及若歇尔盐。

这些晶体都具有各向异性结构，各向同性材料是不会产生压电性的。

（摘自百度百科）三、关键词压电式加速传感器、压电原理、压电效应、石英、压电陶瓷等。

压电式压力传感器标定方法压电式压力传感器是一种常用的传感器，用于测量各种介质的压力。

为了保证传感器的准确性和可靠性，需要对其进行标定。

本文将介绍压电式压力传感器的标定方法。

一、什么是压电式压力传感器压电式压力传感器是一种利用压电效应来测量压力的传感器。

它由一个压电陶瓷片和一个金属薄膜组成。

当外界施加压力时，压电陶瓷片会产生电荷，通过金属薄膜导出，从而实现对压力的测量。

二、为什么需要标定压电式压力传感器压电式压力传感器的灵敏度和线性度会随着时间的推移而发生变化，因此需要定期进行标定，以确保其测量结果的准确性。

同时，不同的传感器在制造过程中存在一定的误差，通过标定可以消除这些误差，提高传感器的性能。

三、压电式压力传感器的标定方法1. 静态标定方法静态标定方法是最常用的标定方法之一。

该方法通过施加不同的压力，测量传感器的输出信号，从而建立压力与输出信号之间的关系。

具体步骤如下：（1）选择一个已知压力的标准压力表，并将其连接到待标定的传感器上。

（2）将待标定传感器与标准压力表一起放置在一个封闭的容器中，通过控制容器内的压力来改变压力传感器的输入。

（3）记录传感器的输出信号和标准压力表的读数，建立压力与输出信号之间的线性关系。

（4）重复以上步骤，使用不同的压力值进行标定，以获得更准确的标定曲线。

2. 动态标定方法动态标定方法是另一种常用的标定方法。

该方法通过施加不同频率和幅值的正弦波信号，测量传感器的输出信号，从而建立压力与输出信号之间的关系。

具体步骤如下：（1）选择一个信号发生器，并将其连接到待标定的传感器上。

（2）通过信号发生器输出不同频率和幅值的正弦波信号，施加到传感器上。

（3）测量传感器的输出信号，并记录其与输入信号的幅值和相位差。

（4）根据输入信号和输出信号的幅值和相位差，建立压力与输出信号之间的关系。

（5）重复以上步骤，使用不同频率和幅值的正弦波信号进行标定，以获得更准确的标定曲线。

四、标定结果的评估与调整在完成标定后，需要对标定结果进行评估，并进行必要的调整。

压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言压电式传感器是一种常见的传感器类型，利用压电效应来测量物理量。

本实验旨在通过实际操作和数据分析，探索压电式传感器的工作原理和应用。

实验目的1. 了解压电效应的基本原理；2. 掌握压电式传感器的工作原理；3. 学习使用实验仪器和测量设备；4. 分析压电式传感器在不同应用场景下的特点和限制。

实验器材与方法1. 实验器材：压电式传感器、信号放大器、示波器、电源等；2. 实验方法：将压电式传感器与信号放大器和示波器连接，通过施加外力或改变环境条件，观察传感器输出信号的变化。

实验过程与结果1. 实验一：压力测量将压电式传感器连接到信号放大器和示波器，施加不同的压力到传感器上，并记录示波器上的输出信号。

结果显示，当施加压力时，传感器输出的电压信号随之增加，表明压电式传感器能够准确测量外部压力。

2. 实验二：温度测量将压电式传感器暴露在不同温度环境下，记录示波器上的输出信号。

结果显示，传感器输出的电压信号随温度的升高而增加，说明压电式传感器对温度变化敏感，并可用于温度测量。

3. 实验三：振动测量将压电式传感器固定在振动源上，记录示波器上的输出信号。

结果显示，传感器输出的电压信号随振动频率和振幅的变化而变化，表明压电式传感器能够测量振动的特征。

讨论与分析1. 压电效应是压电式传感器工作的基础，其原理是施加压力或改变温度会使压电材料产生电荷分离和极化，进而产生电压信号。

2. 压电式传感器的优点包括高灵敏度、快速响应和广泛的应用领域。

然而，它也存在一些限制，如温度和湿度对传感器性能的影响，以及易受机械冲击和振动的干扰。

3. 在实际应用中，压电式传感器可用于压力、温度、振动等物理量的测量，如工业自动化、医疗设备、环境监测等领域。

结论通过本实验，我们深入了解了压电式传感器的工作原理和应用。

压电式传感器具有广泛的应用前景，但在实际使用中需要考虑其特点和限制。

通过进一步的研究和改进，可以提高压电式传感器的性能和可靠性，推动其在各个领域的应用。

标定与校准的概念新研制或生产的传感器需要对其技术性能进行全面的检定,以确定其基本的静、动态特性,包括灵敏度、重复性、非线性、迟滞、精度及固有频率等。

例如，对于一个压电式压力传感器，在受力后将输出电荷信号，即压力信号经传感器转换为电荷信号。

但是，究竟多大压力能使传感器产生多少电荷呢？换句话说，我们测出了一定大小的电荷信号,但它所表示的加在传感器上的压力是多大呢？这个问题只靠传感器本身是无法确定的，必须依靠专用的标准设备来确定传感器的输入――输出转换关系，这个过程就称为标定。

简单地说，利用标准器具对传感器进行标度的过程称为标定.具体到压电式压力传感器来说,我们用专用的标定设备，如活塞式压力计，产生一个大小已知的标准力，作用在传感器上，传感器将输出一个相应的电荷信号，这时，再用精度已知的标准检测设备测量这个电荷信号，得到电荷信号的大小，由此得到一组输入――输出关系，这样的一系列过程就是对压电式压力传感器的标定过程，如图1-19所示。

图1—19 压电式压力传感器输入――输出关系校准在某种程度上说也是一种标定，它是指传感器在经过一段时间储存或使用后，需要对其进行复测，以检测传感器的基本性能是否发生变化，判断它是否可以继续使用。

因此,校准是指传感器在使用中或存储后进行的性能复测。

在校准过程中，传感器的某些指标发生了变化,应对其进行修正.标定与校准在本质上是相同的，校准实际上就是再次的标定，因此，下面都以标定为例作介绍。

1．7．2 标定的基本方法标定的基本方法是，利用标准设备产生已知的非电量(如标准力、位移、压力等)，作为输入量输入到待标定的传感器，然后将得到的传感器的输出量与输入的标准量作比较，从而得到一系列的标定数据或曲线.例如，上述的压电式压力传感器,利用标准设备产生已知大小的标准压力，输入传感器后，得到相应的输出信号，这样就可以得到其标定曲线,根据标定曲线确定拟合直线,可作为测量的依据，如图1-20所示.有时,输入的标准量是由标准传感器检测而得到的，这时的标定实质上是待标定传感器与标准传感器之间的比较，如图1-21所示。

压电传感器的静态标定
1. 实验要求
掌握压电传感器的标定方法，计算灵敏度、非线性误差，绘制标定曲线。

2. 试验仪器仪表
1) 活塞式压力计；
2) 压电传感器；
3) 电荷放大器；
4) 数字电压表。

3. 试验方法
1) 首先将压电传感器、电荷放大器、高频连接线烘烤驱潮；
2) 将传感器装在活塞式压力计接头上，调整活塞压力计至水平。

3) 连接压电传感器、电荷放大器、数字电压表，开启电源预热20分钟。

4) 由零开始，每次递加0.1MPa标准砝码，并转动砝码盘，记录砝码值、电压值，直至10MPa。

记录数据，参见表8。

5) 用同样的方法由10MPa至零，递减砝码并记录数据。

3. 试验数据整理
1) 压电传感器灵敏度可用下式表示：
(33)
式中：—传感器灵敏度；
—电荷放大器输出电压mV；
—标准砝码值 MPa；
—电荷放大器的灵敏度 mV/PC，1PC=10-12库仑
—电荷放大器的电荷放大级增益控制旋钮指示值mV/MPa
—电荷放大器输出级控制旋钮指示值 PC/MPa
表8压电传感器实验记录表
加砝码砝码
MPa
012345678910
电压
mv
减砝砝码
MPa
109876543210
码电压
mv。

压电式压力传感器标定方法压电式压力传感器是一种常用的测量压力的传感器，其工作原理是利用压电效应将压力转化为电信号。

为了保证传感器的准确性和可靠性，需要对其进行标定。

本文将介绍压电式压力传感器的标定方法。

一、标定原理压电式压力传感器的标定主要是通过施加不同压力到传感器上，测量对应的输出电压或电流，然后建立压力与电信号之间的关系。

标定的目的是确定传感器的灵敏度和线性度。

二、标定设备和仪器1. 压力源：使用稳定可调的压力源，可以是液压泵或气压源，确保施加到传感器上的压力准确可控。

2. 电压表或电流表：用于测量传感器输出的电压或电流信号。

3. 数据采集系统：将传感器的输出信号采集并记录下来，可以使用数据采集卡或数据采集仪等设备。

三、标定步骤1. 准备工作：连接好压力源、电压表或电流表、数据采集系统，并进行相应的校准。

2. 将传感器与标定设备连接好，并确保连接牢固可靠。

3. 施加压力：根据需要的压力范围，逐步施加压力到传感器上，并记录下相应的输出电压或电流。

4. 重复步骤3，以不同的压力值进行标定，至少需要3个点以建立压力与电信号之间的关系。

5. 数据处理：将采集到的数据导入数据处理软件中，进行拟合或回归分析，确定传感器的灵敏度和线性度。

6. 结果验证：使用已知压力进行验证，检查标定结果的准确性和可靠性。

四、注意事项1. 在标定过程中，要确保传感器和标定设备的连接牢固可靠，避免引入额外的误差。

2. 施加压力时要平稳缓慢，避免冲击加载导致传感器的损坏。

3. 根据传感器的特性和要求，选择合适的压力范围和标定点数。

4. 在数据处理过程中，要注意选择合适的拟合方法或回归模型，确保结果的准确性和可靠性。

5. 标定完成后，要及时对标定设备进行校准，以确保下次标定的准确性。

总结：压电式压力传感器的标定是确保其准确性和可靠性的重要步骤。

通过施加不同压力并测量对应的输出信号，可以建立压力与电信号之间的关系。

标定设备和仪器的选择和使用要注意细节，确保标定结果的准确性和可靠性。

压力式温度传感器的原理和校验方法
压力式温度传感器是一种利用热膨胀原理进行温度测量的传感器。

它基于材料的线性热膨胀性质，将温度转换为材料长度的变化，再通过测量位移或位移相关的力信号，实现温度的测量。

压力式温度传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 初始化：将传感器初始化，使其处于待测量状态。

2. 加热：将传感器中的热源加热，使传感器的材料发生热膨胀。

3. 位移测量：测量传感器材料长度的变化，可以通过光电编码器、压电传感器等手段实现位移测量。

4. 温度计算：根据位移的变化计算出对应的温度值。

压力式温度传感器的校验方法一般包括零点校准和量程校准两种。

零点校准是将传感器在零点附近的温度下进行校准，使其输出信号在零点时为零。

校准过程中需要将传感器放置在零点温度环境中，然后将输出信号调整为零。

量程校准是将传感器在已知温度环境下进行校准，使其输出信号与已知温度值相匹配。

校准过程中需要将传感器置于已知温度环境中，然后调整传感器的增益或灵敏度，使其输出信号与已知温度值一致。

在进行校验时，还需要注意校验的频率和周期，以确保传感器的准确性和稳定性。

此外，校验结果还应记录在校验报告中，以便日后参考和追溯。