理论教育 压电元件的并联与串联电路设计

压电元件的并联与串联电路设计

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3.38为并联连接,两压电元件的负极集中在中间极板,正极在上下两晶片,将正极连接在一起,这种连接方法电容量大,输出的电荷量大,适合测量缓变信号和以电荷为输出的场合;图3.38为串联连接,上极板为正极,下极板为负极,一个晶片的负极与另一个晶片的正极相连,此时传感器本身电容量小,输出电压大,适合要求以电压为输出的场合,并要求测量电路有较高的输入阻抗。图3.39等效电荷源

压电元件的并联与串联电路设计

为了测量压电晶片两个工作面上产生的电荷,需要在这两个面上做上电极。最常采用的方法是用金属蒸镀法在压电晶片上蒸上一层金属薄膜,材料一般为金或银,从而构成两个相应的电极,如图3.37所示。当晶片受外力作用在两极上产生等量而极性相反的电荷时,便形成了相应的电场。因此,压电传感器可看成一个电荷发生器,即电容器,其电容量为

图3.37 压电晶片

式中 ε——压电材料的相对介电常数

ε0——真空介电常数,ε0=8.85×10-12F/m;

δ——极板距离,m。

在实际使用中,单片压电晶片产生的电荷量较小,因此一般采用两片或两片以上压电元件组合在一起使用。由于压电晶片是有极性的,因此连接压电晶片的方法有并联连接和串联连接两种,如图3.38所示。图3.38(a)为并联连接,两压电元件的负极集中在中间极板,正极在上下两晶片,将正极连接在一起,这种连接方法电容量大,输出的电荷量大,适合测量缓变信号和以电荷为输出的场合;图3.38(b)为串联连接,上极板为正极,下极板为负极,一个晶片的负极与另一个晶片的正极相连,此时传感器本身电容量小,输出电压大,适合要求以电压为输出的场合,并要求测量电路有较高的输入阻抗。(www.daowen.com)

图3.38 压电晶片的并联与串联

压电式传感器是一个具有一定电容的电荷源。电容器上的开路电压u0与电荷q、传感器电容Ca之间的关系为

当压电式传感器接入测量电路,连接电缆的电容为CC,后续电路的输入阻抗和传感器中的漏电阻形成泄露电阻R0,如图3.39所示。为了防止漏电造成电荷损失,通常要求R0>1011Ω,因此,传感器可近似为开路。

图3.39 等效电荷源

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