任务导图：

任务描述：

    在大气层中的物体，都要受到空气分子撞击产生的压力，这个压力称为大气压力。气压是随大气高度而变化的。海拔愈高，大气压力愈小；两地的海拔相差愈悬殊，其气压差也愈大。气象科学上的气压，是指单位面积上所受大气柱的重量(大气压强)，也就是大气柱在单位面积上所施加的压力。天气的变化与大气压力、湿度和温度有关，特别是与气压的关系更为密切。一般讲，气压升高预示天气变晴，气压下降预示天气变阴或有雨，因此我们可以通过对大气压力的监测来预报天气。

    本任务利用压电传感器来检测大气压力的变化，从而预没天气变化趋势，对预报天气等有十分重要的意义。

                  学习

                  目标

1.了解压电元件的材料；

2.熟悉压电元件的基本工作原理；

3.掌握压电元件的应用。

1.会压电元件的连接方法；

2.会压电元件的应用。

1.养学生的创新精神与实践能力；

2.进学生个性发展，培养学生分析问题与解决问题的能力；

3.养学生的团队合作精神；

4.养学生的学习能力。

任务重点：

 压电效应与压电材料;压电晶体与压电陶瓷的区别;压电式传感器的工作原理、等效电路与测量电路。

任务难点：

(1)什么叫正压电效应和逆压电效应?什么叫纵向压电效应和横向压电效应?

(2)石英晶体x、y、z轴的名称及其特点是什么?

(3)简述压电陶瓷的结构及其特性。

(4)画出压电元件的两种等效电路。

(5)电荷放大器所要解决的核心问题是什么?试推导其输入输出关系。

(6)简述压电式加速度传感器的工作原理。

教学方法：

演示操作方法、分组讨论法。

教学手段：

播放多媒体资源手段、现场指导。

英语词汇：

压电效应（piezoelectric effect） 、转换性能（Conversion performance） 、机械性能（mechanical property） 、 稳定性（stability）、 介电常数（dielectrc  constant） 、电阻率（specific resistance）、 刚度（severity）、 石英晶体（quartz crystal） 、 高分子材料（high polymer material）、 等效电路（equivalent circuit）

                                                                              教 学 资 源 区

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        教师打分表

    小组自评表

    小组互评表

多媒体资源区

1. PPT

2. 视频

项目2-21大气压检测任务描述

项目2-22压电效应

项目2-23压电效应机理

项目2-24压电材料的特性

项目2-25常见的压电材料—石英晶体

项目2-26常见的压电材料—压电高分子材料

项目2-27常见的压电材料—压电陶瓷

项目2-28压电式传感器的等效电路

项目2-29压电传感器测量电路－电压放大器

项目2-30压电传感器测量电路－电荷放大器

项目2-31压电元件的连接形式

3. 动画

1、压电元件在使用时常采用多片事联成并联的结构形式。试述在不同连接下输出人电荷、电容的关系，它们分别适用于何种应用场合?

2、压电材料的主要特性多数有哪些?

3、为什么压电式传感常通常用来测量动志或瞬态参量?

4、压电式传感器的前置放大器的作用是什么?电压式与电荷式前置放大器各有特点?

输出电压与单片时相同。适宜测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。串联接法上、下极板的电荷量与单片时相同，总电容量为单片时的一半，输出电压增大了1倍。适宜以电压作输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。

2、答：压电材料的主要特性参数有：（1）压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。（2）弹性常数：压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。（3）介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。（4） 机械耦合系数：在压电效应中，其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根； 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。（5）电阻压电材料的绝缘电阻：将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。（6）居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。

3、答：(1)作用是放大压电元件输出的微弱信号，并把高阻抗变换为低阻抗输出。

  (2)电压放大器电路简单、成本低廉，但其灵敏度易受电缆分布电容的影响。电荷放大器灵敏度受电缆分布电容的影响很小，可忽略不计，但价格较高，电路较复杂，调整较困难。

4、答：(1)作用是放大压电元件输出的微弱信号，并把高阻抗变换为低阻抗输出。

(2)电压放大器电路简单、成本低廉，但其灵敏度易受电缆分布电容的影响。电荷放大器灵敏度受电缆分布电容的影响很小，可忽略不计，但价格较高，电路较复杂，调整较困难。