Úvod do funkce piezoelektrického keramického měniče

Piezoelektrické měniče jsou ultrazvukové senzory vyrobené pomocí piezoelektrického jevu vytvářeného určitými dielektriky. Takzvaný piezoelektrický jev označuje jev, že když určitá dielektrika podstoupí deformaci (včetně deformace ohybem a natažením) v důsledku polarizace vnitřních nábojů, vygenerují na svém povrchu náboje, když jsou deformovány vnějšími silami v určitém směru. Piezoelektrické materiály lze rozdělit na piezoelektrické monokrystalické, piezoelektrické polykrystalické a organické piezoelektrické materiály. Nejčastěji používanými piezoelektrickými měniči jsou různé typy piezoelektrická keramická trubice patřící mezi piezoelektrické polykrystaly a křemenné krystaly v piezoelektrických monokrystalech. Další piezoelektrické monokrystaly zahrnují niobát lithný, tantalát lithný, galát lithný a germanát vizmutitý vhodné pro prostředí s vysokou teplotou záření.

Úvod k charakteristikám piezoelektrických keramických snímačů

Piezoelektrická keramika zahrnuje keramiku z titaničitanu barnatého patřící do binárního systému, keramiku zirkoničitanu titaničitanu olovnatého, keramiku z niobátové řady a keramiku z niobičitanu olovnatého, které patří do ternárního systému. Výhody zakázkové piezoelektrické polokoule jsou vhodné pro vypalování, snadné tvarování, odolnost vůči vlhkosti a vysoké teplotě. Nevýhodou je, že má pyroelektřinu, která bude rušit měření mechanických veličin. Piezoelektrické materiály zahrnují více než deset druhů polymerních materiálů, jako je polyvinylidenfluorid, polyvinylfluorid a nylon. Piezoelektrické materiály lze vyrábět sériově a zhotovovat z nich větší plochy. Má jedinečné výhody v přizpůsobení akustickému odporu vzduchu a je to nový typ elektroakustického materiálu s velkým potenciálem rozvoje. Od 60. let 20. století byly objeveny krystaly jak s polovodičovými vlastnostmi, tak s piezoelektrickými vlastnostmi, jako je sulfid zinečnatý, oxid zinečnatý a sulfid vápenatý. Z materiálu PZT lze vytvořit nový typ piezoelektrického snímače integrujícího citlivé součástky a elektronické obvody, což je velmi perspektivní.

Použití piezoelektrického senzoru: piezoelektrický keramický senzor má jednoduchou strukturu, malé rozměry, malou hmotnost, nízkou spotřebu energie, dlouhou životnost, zejména má dobré dynamické vlastnosti, takže je vhodný pro široké pásmo periodické síly a vysokorychlostní změnu síly nárazu.

dynamické měření piezoelektrického keramického senzoru

Piezoelektrické snímače lze použít pouze pro dynamické měření

Protože náboj generovaný vnější silou působící na piezoelektrický prvek lze pouze uložit bez úniku, to znamená, že měření musí mít nekonečnou vstupní impedanci, což je prakticky nemožné, takže piezoelektrický senzor nelze použít pro statické měření.

Působením střídavé síly může piezoelektrický prvek plynule dodávat náboj a může dodávat určitý proud do měřicího obvodu, takže je vhodný pouze pro dynamické měření (obecně musí být vyšší než 100Hz, ale nad 50kHz se citlivost snižuje).

Měření piezoelektrického keramického senzoru:

(1) Měření síly Piezoelektrické snímače využívají především podélné a smykové piezoelektrické efekty piezo keramické kotoučové křemenné krystaly, protože křemenné krystaly mají velkou tuhost, nízkou hysterezi, vysokou citlivost, dobrou linearitu, širokou pracovní frekvenci a nízkou pyroelektřinu. Kromě měření jednosměrné síly může snímač síly také používat více krystalů s různými směry řezání k měření vícesměrné síly v závislosti na jejích různých piezoelektrických účincích, jako je třísměrná složka síly prostorové síly Fx, Fy, Fz

(2) Měření tlaku: Piezoelektrické tlakové snímače využívají především elastické prvky (membránu, píst atd.) ke sběru tlaku a stávají se silou působící na krystal, protože vlastnosti materiálu PZT použitého v pružném prvku mají velký vliv na charakteristiku snímače.

(3) Měření zrychlení: Piezoelektrický snímač zrychlení využívá hmotu, která je přitlačena ke krystalu silou předpětí. Když působí měřící zrychlení, piezokrystal bude vystaven setrvačné síle, která vyvolá piezoelektrický efekt. Kvalita hmoty tedy určuje citlivost snímače a také ovlivňuje vysokofrekvenční odezvu snímače.