Pengantar fungsi transduser keramik piezoelektrik

Transduser piezoelektrik adalah sensor ultrasonik yang dibuat dengan menggunakan efek piezoelektrik yang dihasilkan oleh dielektrik tertentu. Apa yang disebut efek piezoelektrik mengacu pada fenomena bahwa ketika dielektrik tertentu mengalami deformasi (termasuk deformasi lentur dan regangan) akibat polarisasi muatan internal, maka akan menghasilkan muatan pada permukaannya ketika dideformasi oleh gaya eksternal ke arah tertentu. Bahan piezoelektrik dapat dibagi menjadi bahan piezoelektrik kristal tunggal, polikristalin piezoelektrik, dan bahan piezoelektrik organik. Transduser piezoelektrik yang paling umum digunakan ada berbagai jenis tabung keramik piezoelektrik milik polikristal piezoelektrik dan kristal kuarsa dalam kristal tunggal piezoelektrik. Kristal tunggal piezoelektrik lainnya termasuk litium niobate, litium tantalat, litium galat, dan bismut germanat yang cocok untuk lingkungan radiasi suhu tinggi.

Pengenalan karakteristik sensor keramik piezoelektrik

Keramik piezoelektrik meliputi keramik barium titanat yang termasuk dalam sistem biner, keramik seri timbal zirkonat titanat, keramik seri niobate, dan keramik timbal magnesium niobate yang termasuk dalam sistem terner. Keuntungan dari belahan piezoelektrik khusus mudah ditembakkan, mudah dibentuk, tahan kelembapan, dan tahan suhu tinggi. Kekurangannya adalah memiliki sifat piroelektrik yang akan mengganggu pengukuran besaran mekanik. Bahan piezoelektrik mencakup lebih dari sepuluh jenis bahan polimer seperti polivinilidena fluorida, polivinil fluorida, dan nilon. Bahan piezoelektrik dapat diproduksi secara massal dan dibuat menjadi area yang lebih luas. Ini memiliki keunggulan unik dalam mencocokkan ketahanan akustik udara dan merupakan jenis material elektro-akustik baru dengan potensi pengembangan yang besar. Sejak tahun 1960an, kristal dengan sifat semikonduktor dan sifat piezoelektrik, seperti seng sulfida, seng oksida, dan kalsium sulfida, telah ditemukan. Penggunaan bahan PZT dapat dibuat menjadi sensor piezoelektrik jenis baru yang mengintegrasikan komponen sensitif dan sirkuit elektronik, yang sangat menjanjikan.

Penerapan sensor piezoelektrik: sensor keramik piezoelektrik memiliki struktur sederhana, ukuran kecil, massa kecil, konsumsi daya rendah, umur panjang, terutama memiliki karakteristik dinamis yang baik, sehingga cocok untuk pita lebar gaya periodik dan perubahan gaya tumbukan berkecepatan tinggi.

pengukuran dinamis sensor keramik piezoelektrik

Sensor piezoelektrik hanya dapat digunakan untuk pengukuran dinamis

Karena muatan yang dihasilkan oleh gaya luar yang bekerja pada elemen piezoelektrik hanya dapat disimpan tanpa kebocoran, yaitu pengukuran harus memiliki impedansi masukan yang tidak terbatas, yang secara praktis tidak mungkin dilakukan, sehingga sensor piezoelektrik tidak dapat digunakan untuk pengukuran statis.

Di bawah aksi gaya bolak-balik, elemen piezoelektrik dapat terus menerus melenturkan muatan dan dapat menyuplai arus tertentu ke rangkaian pengukuran, sehingga hanya cocok untuk pengukuran dinamis (umumnya harus lebih tinggi dari 100Hz, tetapi di atas 50kHz, sensitivitasnya menurun).

Pengukuran sensor keramik piezoelektrik:

(1) Pengukuran gaya Sensor piezoelektrik terutama menggunakan efek piezoelektrik memanjang dan geser kristal kuarsa cakram keramik piezo , karena kristal kuarsa memiliki kekakuan besar, histeresis rendah, sensitivitas tinggi, linearitas baik, frekuensi operasi lebar, dan piroelektrik rendah. Selain mengukur gaya searah, sensor gaya juga dapat menggunakan beberapa kristal dengan arah pemotongan berbeda untuk mengukur gaya multiarah bergantung pada efek piezoelektriknya yang berbeda, seperti gaya komponen tiga arah dari gaya spasial Fx, Fy, Fz

(2) Pengukuran tekanan: Sensor tekanan piezoelektrik terutama menggunakan elemen elastis (diafragma, piston, dll.) untuk mengumpulkan tekanan dan menjadi gaya yang bekerja pada kristal, karena sifat bahan PZT yang digunakan dalam elemen elastis mempunyai pengaruh yang besar terhadap karakteristik sensor.

(3) Pengukuran percepatan: Sensor percepatan piezoelektrik menggunakan massa untuk ditekan ke kristal dengan gaya pramuat. Ketika percepatan pengukuran bekerja, kristal piezo akan dikenakan gaya inersia, yang menghasilkan efek piezoelektrik. Oleh karena itu, kualitas massa menentukan sensitivitas sensor dan juga mempengaruhi respon frekuensi tinggi sensor.