《传感器及应用》压电式传感器（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+原卷版

举一反三考点练 《传感器及应用》压电式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理 1. （填空题）压电效应是指某些材料在受到________作用时产生电荷的现象。 2. （简答题）简述压电效应的原理及其在压电传感器中的应用。 3. （填空题）压电材料的三大类分别是：压电晶体、________和有机压电材料。 4. （简答题）简述压电材料的分类及其各自的特点 5. （填空题）压电系数表示压电材料产生电荷与作用力的关系，其单位为________。 知识点二 测量转换电路 1. （简答题）简述压电元件的电荷等效电路和电压等效电路的区别，并说明它们在实际应用中的意义。 2. （填空题）压电元件在承受机械应力时产生的电荷量与电容和电压的关系为_______。 3.（计算题）给定一个压电元件的电荷等效电路，电荷量，电容。求电容器上的电压 。 4.（填空题）压电式传感器的输出信号非常微弱，需要与________的前置放大器配合使用。 5.（简答题）为什么压电式传感器只适用于动态测量？ 知识点三 气压电式传感器的结构和应用 1. （简答题）简述压电式传感器中压电片的并联接法及其特点，并说明预紧力对压电片性能的影响。 2. （填空题）压电式传感器中，压电片的常用接法有串联和________两种，一般常用的是________接法。 3. （填空题） 压电片并联接法中，输出电容是单片电容的________倍，输出电压等于单片电压，极板上的电荷为单片电荷量的________倍。 4. （简答题）简述压缩型压电式加速度传感器的工作原理。 5. （填空题） 压电片在传感器中必须有一定的预紧力，但预紧力不能太大，否则将会影响其________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《传感器及应用》压电式传感器-课后自测 知识点一 基本工作原理 1. （填空题）压电效应是指某些材料在受到________作用时产生电荷的现象。 【答案】机械应力 2. （简答题）简述压电效应的原理及其在压电传感器中的应用。 【答案】 压电效应是指某些材料在受到机械应力作用时，其内部电荷分布会发生变化，从而在材料表面产生电荷的现象。具体来说，当这些材料发生形变时，其晶格结构会产生不对称性，导致电荷中心的分离，从而产生电场。压电传感器正是基于这一原理工作的。当外部作用力施加到压电材料上时，材料内部产生电荷，这些电荷通过传感器转换成电信号，从而实现对力、压力、加速度等物理量的测量。由于压电效应是可逆的，压电材料不仅可以用于感知机械应力，还可以用于产生机械应力（如在压电扬声器中）。在实际应用中，压电传感器具有高灵敏度、快速响应和宽动态范围的特点，因此广泛用于动态力的测量，如加速度传感器、力传感器等。 3. （填空题）压电材料的三大类分别是：压电晶体、________和有机压电材料。 【答案】压电陶瓷 4. （简答题）简述压电材料的分类及其各自的特点 【答案】 压电材料根据其性质和制造方式，可以分为三大类：压电晶体、压电陶瓷和有机压电材料。 1. 压电晶体：这类材料通常是天然的单晶体，如石英晶体、酒石酸钾钠等。它们具有较高的机械品质因数和稳定的压电特性，适用于高精度测量设备。石英是典型的压电晶体，具有很好的温度稳定性和较低的压电系数。 2. 压电陶瓷：这是人工制造的多晶体材料，如钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锶等。压电陶瓷的压电系数较高，且制造成本较低，因此在工业传感器中应用广泛。它们需要经过极化处理才能具备压电特性。 3. 有机压电材料：这是新一代的压电材料，包括压电半导体和高分子压电材料。有机压电材料具有柔韧性好、重量轻、易于加工等特点，适用于一些特殊应用场景，如柔性传感器和生物医学传感器。 5. （填空题）压电系数表示压电材料产生电荷与作用力的关系，其单位为________。 【答案】库/牛（） 知识点二 测量转换电路 1. （简答题）简述压电元件的电荷等效电路和电压等效电路的区别，并说明它们在实际应用中的意义。 【答案】 压电元件在受到机械应力时会产生电荷，基于此现象，压电元件可以等效为两种电路形式： 1. 电荷等效电路：压电元件被等效为一个电荷源与一个电容相并联。电荷量与电容和电压之间的关系为。这种等效电路强调了电荷的产生与存储，适用于分析电荷输出的情况，尤其在需要精确测量电荷量的应用中非常重要。 2. 电压等效电路：压电元件被等效为一个电压源与一个串联电容。输出电压由机械应力引起的电压变化决定。这种等效电路更直接地表示了压电元件的电压输出特性，适用于分析电压信号的应用场景。 实际意义：在实际应用中，选择哪种等效电路取决于测量需求。如果需要测量电荷量，则使用电荷等效电路更为合适；如果需要测量电压，则电压等效电路更为适用。此外，在设计测量电路时，需要考虑连接电缆的等效电容和放大器的输入阻抗，以确保信号的无失真传输和测量精度。 2. （填空题）压电元件在承受机械应力时产生的电荷量与电容和电压的关系为_______。 【答案】 3.（计算题）给定一个压电元件的电荷等效电路，电荷量，电容。求电容器上的电压 。 【答案】2V 【解析】 根据电荷等效电路的关系式，我们可以求得电压。 故电容器上的电压。 4.（填空题）压电式传感器的输出信号非常微弱，需要与________的前置放大器配合使用。 【答案】高输入阻抗 5.（简答题）为什么压电式传感器只适用于动态测量？ 【答案】 压电式传感器基于压电效应工作，当压电元件受到机械应力时会产生电荷。然而，这些电荷只有在无泄漏的情况下才能被保存。由于实际电路中的输入阻抗不可能是无限大，电荷会随着时间泄漏，导致测量误差。因此，压电式传感器需要在电荷泄漏之前完成测量，这使得它更适合动态测量，即测量快速变化的物理量，如振动、冲击力等。在静态测量中，由于信号变化缓慢，电荷泄漏会导致显著的测量误差，因此压电式传感器不适用于静态测量。 知识点三 气压电式传感器的结构和应用 1. （简答题）简述压电式传感器中压电片的并联接法及其特点，并说明预紧力对压电片性能的影响。 【答案】 在压电式传感器中，为了提高灵敏度，通常将两片或多片压电片粘结在一起使用。压电片的连接方式有串联和并联两种，常用的是并联接法。在并联接法中，所有压电片的负极粘合在一起，正极也粘合在一起。其特点是：总输出电容是单片电容的两倍，输出电压与单片电压相同，而极板上的电荷量是单片电荷量的两倍。这意味着并联接法可以在保持电压不变的情况下，增加电荷输出，从而提高传感器的灵敏度。 2. （填空题）压电式传感器中，压电片的常用接法有串联和________两种，一般常用的是________接法。 【答案】 并联；并联 3. （填空题） 压电片并联接法中，输出电容是单片电容的________倍，输出电压等于单片电压，极板上的电荷为单片电荷量的________倍。 【答案】2；2 4. （简答题）简述压缩型压电式加速度传感器的工作原理。 【答案】 压缩型压电式加速度传感器主要由基座、质量块、压电片和转换电路等组成。其工作原理是：通过基座底部的螺孔将传感器与待测物体刚性地固定在一起，使传感器能够感受与待测物体相同的振动。当物体振动时，质量块会受到一个与加速度成正比的交变力作用，这个力作用在压电片上。由于压电效应，压电片会在其两个表面上产生与作用力成正比的电荷。这些电荷通过转换电路处理，可以得到与加速度成正比的电压信号，从而实现对加速度的测量。这种传感器具有灵敏度高、响应快、体积小等优点，广泛应用于振动、冲击等动态参数的测量。 5. （填空题） 压电片在传感器中必须有一定的预紧力，但预紧力不能太大，否则将会影响其________。 【答案】灵敏度 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$