2.力敏器件
力敏器件是專門用來測量物體產生應變的器件,它是一種將被測的力學量轉換成與其呈函數關系的電信號的轉換器件。它的種類有金屬絲應變片、壓電元件、半導體應變片等。
(1)金屬絲應變片
金屬絲應變片是常用的力電轉換器件,通常它需要和直流電橋一起使用,因為它的輸出信號微弱,需要放大才能檢測。金屬絲應變片是把電阻絲固定在物體表面,當物體表面發生形變時,電阻絲也產生形變,從而使電阻絲的電阻值發生變化,利用這一特性可以檢測出物體的變形量,也就可以求出外力的大小了。金屬絲應變片可以檢測機械裝置各部分的受力狀態、振動、沖擊、響應速度等。
。2)壓電元件
利用材料的壓電效應制成的元件稱為壓電元件。
1)壓電效應的基本概念。當外力作用在壓電元件上,器件產生形變,同時在器件的上下兩面產生與形變成比例的正負電荷,從而實現了力一電轉換,這種現象稱為壓電效應。
2)壓電材料。應用最廣的壓電材料有石英晶體和鋯鈦酸鉛(PZT)兩類。石英晶體的性能特別穩定,常用于振蕩器上。而鋯鈦酸鉛陶瓷則多用于力一電或電一力轉換器上,它具有強度大、阻抗高的特點,且可以燒結成多種復雜形狀,但不適用于靜態檢測。
3)壓電元件的應用。當電信號頻率接近壓電片的固有頻率時,壓電器件靠逆壓電效應產生機械諧振,諧振頻率主要決定于壓電片的尺寸和形狀。如果頻率一溫度特性也滿足要求,即可用來穩頻、選頻和計時。利用這種諧振來產生聲波,就構成超聲轉換器。利用諧振頻率隨溫度或壓力而變化的特點,還可以制成精度很高的測溫計和測力計。在非諧振狀態下,利用它的逆壓效應可制成微位移器,利用它的正壓電效應又可制成壓電引燃和引爆器件。
(3)半導體應變片
半導體應變片是用半導體材料制成的應變片,和金屬絲應變片相比,它的靈敏系數高、線性好、體積小,但在溫度穩定性及重復性方面不如金屬應變片。
半導體應變片是利用半導體壓阻效應制成的。所謂半導體壓阻效應,即為當在半導體晶體上施加壓力時,除產生形變外,晶體內部的對稱性將發生變化,即導電機理發生變化,這種變化稱為半導體壓阻效應。利用這種效應可以實現力、位移和扭矩等物理量的電轉換。半導體應變片除具有金屬絲應變片的用途外,還具有微型化的特點,則可以用在醫學上測量血壓、眼壓等方面。
3.磁敏器件
磁敏器件包括磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏晶體管和霍爾傳感器等,這些器件都是基于磁阻效應與霍爾效應研制出來的。
。1)磁敏電阻
磁敏電阻是一種新型的磁敏器件,利用磁阻效應制成,它的阻值隨磁場變化而變化,其電阻值變化與磁場方向無關。利用磁敏電阻的阻值變化,可以精確測試出磁場相對磁敏電阻的位移。
……