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壓電陶瓷 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇,它有一定的極化方向,從而存在電場。在無外電場作用時,電疇在晶體中雜亂分布,它們各自的極化效應(yīng)被相互抵消,壓電陶瓷內(nèi)極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質(zhì)。 在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動,趨向于按外電場方向的排列,從而使材料得到極化。外電場愈強,就有更多的電疇更*地轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度,即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時,當外電場去掉后,電疇的極化方向基本沒變化,即剩余極化強度很大,這時的材料才具有壓電特性。 壓電陶瓷的極化 (a) 未極化; (b) 電極化 壓電陶瓷的壓電系數(shù)比石英晶體的大得多,所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關(guān),它的參數(shù)也隨時間變化,從而使其壓電特性減弱。 新型壓電材料 壓電薄膜 (1) 壓電半導體材料 壓電半導體材料有ZnO、CdS(硫化鎘) 、CdTe(碲化鎘 )等,這種力敏器件具有靈敏度高,響應(yīng)時間短等優(yōu)點。此外用ZnO作為表面聲波振蕩器的壓電材料,可檢測力和溫度等參數(shù)。 (2) 高分子壓電材料 某些合成高分子聚合物薄膜經(jīng)延展拉伸和電場極化后,具有一定的壓電性能,這類薄膜稱為高分子壓電薄膜。目前出現(xiàn)的壓電薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚γ甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子壓電材料是一種柔軟的壓電材料,不易破碎,可以大量生產(chǎn)和制成較大的面積。 壓電材料的主要特性參數(shù) 1)壓電常數(shù):壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù),它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。 2)彈性常數(shù):壓電材料的彈性常數(shù)、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。 3)介電常數(shù):對于一定形狀、尺寸的壓電元件,其固有電容與介電常數(shù)有關(guān);而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。 4) 機械耦合系數(shù):在壓電效應(yīng)中,其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根;它是衡量壓電材料機電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù)。 5)電阻壓電材料的絕緣電阻:將減少電荷泄漏,從而改善壓電傳感器的低頻特性。 6)居里點:壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。 壓電式傳感器的測量電路 1、壓電式傳感器的等效電路 將壓電晶片產(chǎn)生電荷的兩個晶面封裝上金屬電極后,就構(gòu)成了壓電元件。當壓電元件受力時,就會在兩個電極上產(chǎn)生電荷,因此,壓電元件相當于一個電荷源;兩個電極之間是絕緣的壓電介質(zhì),因此它又相當于一個以壓電材料為介質(zhì)的電容器,其電容值為 Ca = εRε0A/δ v壓電元件等效為一個與電容相并聯(lián)的電荷源,也可以等效為一個與電容相串聯(lián)的電壓源 壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量。壓電元件只有在交變力的作用下,電荷才能*地產(chǎn)生,可以供給測量回路以一定的電流,故只適用于動態(tài)測量。 2、壓電式傳感器測量電路 壓電式傳感器的內(nèi)阻很高,要求與高輸入阻抗的前置放大電路配合,與一般的放大、檢波、顯示、記錄電路連接,防止電荷的迅速泄漏而使測量誤差減少。 壓電式傳感器的前置放大器的作用有兩個:一是把傳感器的高阻抗輸出變?yōu)榈妥杩馆敵?;二是把傳感器的微弱信號進行放大。 根據(jù)壓電式傳感器的工作原理及等效電路,它的輸出可以是電荷信號,也可以是電壓信號,因此與之配套的前置放大器也有電荷放大器和電壓放大器兩種形式。 由于電壓前置放大器的輸出電壓與電纜電容有關(guān),故目前多采用電荷放大器。 更多Barksdale壓力傳感器信息歡迎在線咨詢! 竭誠為您服務(wù)! |