Introduzione alla funzione del trasduttore ceramico piezoelettrico

I trasduttori piezoelettrici sono sensori a ultrasuoni realizzati sfruttando l'effetto piezoelettrico prodotto da alcuni dielettrici. Il cosiddetto effetto piezoelettrico si riferisce al fenomeno per cui quando alcuni dielettrici subiscono una deformazione (compresa la deformazione di flessione e allungamento) dovuta alla polarizzazione delle cariche interne, genereranno cariche sulla loro superficie quando vengono deformati da forze esterne in una certa direzione. I materiali piezoelettrici possono essere suddivisi in monocristallo piezoelettrico, policristallino piezoelettrico e materiali piezoelettrici organici. I trasduttori piezoelettrici più comunemente utilizzati sono di vario tipo tubo ceramico piezoelettrico appartenente ai policristalli piezoelettrici e cristalli di quarzo in cristalli singoli piezoelettrici. Altri cristalli singoli piezoelettrici includono niobato di litio, tantalato di litio, gallato di litio e germanato di bismuto adatti per ambienti con radiazioni ad alta temperatura.

Introduzione alle caratteristiche dei sensori ceramici piezoelettrici

Le ceramiche piezoelettriche includono ceramiche al titanato di bario appartenenti al sistema binario, ceramiche della serie titanato zirconato di piombo, ceramiche della serie niobato e ceramiche al niobato di piombo e magnesio appartenenti al sistema ternario. I vantaggi di Gli emisferi piezoelettrici personalizzati sono convenienti per l'accensione, facili da modellare, resistenti all'umidità e alle alte temperature. Lo svantaggio è che possiede piroelettricità, che interferisce con la misurazione delle quantità meccaniche. I materiali piezoelettrici includono più di dieci tipi di materiali polimerici come fluoruro di polivinilidene, fluoruro di polivinile e nylon. I materiali piezoelettrici possono essere prodotti in serie e trasformati in aree più grandi. Presenta vantaggi unici nell'eguagliare la resistenza acustica dell'aria ed è un nuovo tipo di materiale elettroacustico con un grande potenziale di sviluppo. Dagli anni '60 sono stati scoperti cristalli con proprietà sia di semiconduttore che piezoelettriche, come il solfuro di zinco, l'ossido di zinco e il solfuro di calcio. L'uso del materiale PZT può essere trasformato in un nuovo tipo di sensore piezoelettrico che integra componenti sensibili e circuiti elettronici, il che è molto promettente.

L'applicazione del sensore piezoelettrico: il sensore ceramico piezoelettrico ha struttura semplice, dimensioni ridotte, massa ridotta, basso consumo energetico, lunga durata, in particolare ha buone caratteristiche dinamiche, quindi è adatto per un'ampia banda di forza periodica e cambio ad alta velocità della forza d'impatto.

misurazione dinamica del sensore ceramico piezoelettrico

I sensori piezoelettrici possono essere utilizzati solo per la misurazione dinamica

Poiché la carica generata dalla forza esterna che agisce sull'elemento piezoelettrico può essere immagazzinata solo senza perdite, ovvero la misurazione deve avere un'impedenza di ingresso infinita, il che è praticamente impossibile, quindi il sensore piezoelettrico non può essere utilizzato per la misurazione statica.

Sotto l'azione della forza alternata, l'elemento piezoelettrico può continuamente integrare la carica e fornire una certa corrente al circuito di misura, quindi è adatto solo per misurazioni dinamiche (generalmente deve essere superiore a 100 Hz, ma sopra 50 kHz la sensibilità diminuisce).

Misurazione del sensore ceramico piezoelettrico:

(1) Misurazione della forza I sensori piezoelettrici utilizzano principalmente gli effetti piezoelettrici longitudinali e di taglio Cristalli di quarzo piezoelettrici con disco ceramico , poiché i cristalli di quarzo hanno grande rigidità, bassa isteresi, alta sensibilità, buona linearità, ampia frequenza operativa e bassa piroelettricità. Oltre a misurare la forza unidirezionale, il sensore di forza può anche utilizzare più cristalli con diverse direzioni di taglio per misurare la forza multidirezionale a seconda dei suoi diversi effetti piezoelettrici, come la forza componente in tre direzioni della forza spaziale Fx, Fy, Fz

(2) Misurazione della pressione: i sensori di pressione piezoelettrici utilizzano principalmente elementi elastici (diaframma, pistone, ecc.) per raccogliere la pressione e diventare una forza che agisce sul cristallo, poiché le proprietà del materiale PZT utilizzato nell'elemento elastico hanno una grande influenza sulle caratteristiche del sensore.

(3) Misurazione dell'accelerazione: il sensore di accelerazione piezoelettrico utilizza la massa da premere contro il cristallo mediante la forza di precarico. Quando agisce l'accelerazione di misurazione, il piezocristallo sarà soggetto ad una forza inerziale, che produce un effetto piezoelettrico. Pertanto, la qualità della massa determina la sensibilità del sensore e influenza anche la risposta del sensore alle alte frequenze.