影響壓電式傳感器精度的因素分析
1、非線性
壓電傳感器的幅值線性度是指被測物理量(如力、壓力、加速度等)的增加,其靈敏度的變化程度。現以壓電加速度傳感器為例,說明幅值線性度。壓電加速度傳感器幅值線性范圍的下限理論值可到0,但是由于非振動環境的影響和二次儀表(電荷放大器、阻抗變換器)噪聲電平的限制,只能用較高靈敏度的壓電加速度傳感器來測量小加速度。
2、橫向靈敏度
壓電加速度傳感器的橫向靈敏度的產生原因有:機械加工精度不夠;裝配精度不夠;裝配過程中凈化條件不夠,灰塵、雜質等污染了傳感器零件,超差嚴重;以及壓電轉換元件自身存在缺陷,如切割精度不夠、壓電轉換元件各部分壓電常數不一致等。橫向靈敏度比指標集中反映了一個壓電傳感器的內在質量缺陷,它是衡量一個傳感器質量的極其重要的技術指標。壓電加速度傳感器的橫向靈敏度是有方向性的。在裝配傳感器時,只要仔細調整各壓電轉換元件的相互位置,就可以起互相補償作用,使橫向靈敏度有所降低。
3、環境溫度的影響
環境溫度的變化對壓電材料的壓電常數和介電常數的影響都很大,它將使傳感器靈敏度發生變化,壓電材料不同,溫度影響的程度也不同。當溫度低于400 °C時,其壓電常數和介電常數都很穩定。
人工極化的壓電陶瓷溫度的影響比石英要大得多,不同的壓電陶瓷材料,壓電常數和介電常數的溫度特性比鈦酸鋇好得多,用作耐高溫傳感器的轉換元件。為了提高壓電陶瓷的溫度穩定性和時間穩定性,一般應進行人工老化處理。但天然石英晶體無需做人工老化處理,其性能很穩定。經人工老化后的壓電陶瓷在常溫條件下性能穩定,但在高溫環境中使用時,性能仍會變化,為了減小這種影響,在設計傳感器時就采取隔熱措施。
4、濕度的影響
環境濕度對壓電式傳感器性能的影響也很大。如果傳感器長期在高濕度環境下工作,其絕緣電阻將會減小,低頻響應變壞。為了能達到這一 指標,應采取必要的措施:合格的結構設計。把轉換元件組成一個密封式整體,有關部分一定要良好絕緣,嚴格的清潔處理和裝配,電纜兩端必須氣密焊封,必要時可采用焊接全密封方案。
5、電纜噪聲
普通的同軸電纜是由聚乙烯或聚四氟乙烯作絕緣保持層的多股絞線組成,外部屏蔽是一個編織的多股鍍銀金屬套包在絕緣材料上。工作時,電纜受到彎曲或振動時,屏蔽套、絕緣層和電纜芯線之間可能發生相對位移或摩擦而產生靜電荷。由于壓電式傳感器是電容性的,這種靜電荷不會很快消失而被直接送到放大器,這就形成電纜噪聲。為了減小這種噪聲。可使用特制的低噪聲電纜,同時將電纜緊固,以免產生相對運動。
6、接地回 路噪聲
在測試系統中接有多種測量儀器,如果各儀器與傳感器分別接地,各接地點又有電位差,這便在測量系統中產生噪聲。防止這種噪聲的有效方法是整個測量系統在一點接地。 而且選擇指示器的輸人端為接地點。