Wprowadzenie do funkcji piezoelektrycznego przetwornika ceramicznego

Przetworniki piezoelektryczne to czujniki ultradźwiękowe wykonane przy użyciu efektu piezoelektrycznego wytwarzanego przez niektóre dielektryki. Tak zwany efekt piezoelektryczny odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że gdy pewne dielektryki ulegają odkształceniu (w tym odkształceniu przy zginaniu i rozciąganiu) w wyniku polaryzacji ładunków wewnętrznych, to będą generować ładunki na swojej powierzchni, gdy zostaną odkształcone przez siły zewnętrzne w określonym kierunku. Materiały piezoelektryczne można podzielić na piezoelektryczne monokryształy, piezoelektryczne materiały polikrystaliczne i organiczne materiały piezoelektryczne. Najczęściej stosowanymi przetwornikami piezoelektrycznymi są różnego rodzaju przetworniki piezoelektryczna rura ceramiczna należąca do piezoelektrycznych polikryształów i kryształów kwarcu w monokryształach piezoelektrycznych. Inne monokryształy piezoelektryczne obejmują niobian litu, tantalan litu, galusan litu i germanian bizmutu, odpowiednie do środowisk promieniowania o wysokiej temperaturze.

Wprowadzenie do charakterystyki piezoelektrycznych czujników ceramicznych

Ceramika piezoelektryczna obejmuje ceramikę z tytanianu baru należącą do układu podwójnego, ceramikę z serii tytanianu cyrkonu ołowiu, ceramikę z serii niobianu i ceramikę z niobianu ołowiu i magnezu należącą do układu potrójnego. Zalety niestandardowe półkule piezoelektryczne zapewniają wygodne wypalanie, łatwe kształtowanie, odporność na wilgoć i wysoką temperaturę. Wadą jest to, że ma piroelektryczność, która zakłóca pomiar wielkości mechanicznych. Materiały piezoelektryczne obejmują ponad dziesięć rodzajów materiałów polimerowych, takich jak polifluorek winylidenu, polifluorek winylu i nylon. Materiały piezoelektryczne mogą być produkowane masowo i przetwarzane na większe obszary. Posiada unikalne zalety w dopasowywaniu się do oporu akustycznego powietrza i jest nowym rodzajem materiału elektroakustycznego o dużym potencjale rozwojowym. Od lat sześćdziesiątych XX wieku odkryto kryształy o właściwościach półprzewodnikowych i piezoelektrycznych, takie jak siarczek cynku, tlenek cynku i siarczek wapnia. Zastosowanie materiału PZT można zastosować w nowym typie czujnika piezoelektrycznego integrującego wrażliwe komponenty i obwody elektroniczne, co jest bardzo obiecujące.

Zastosowanie czujnika piezoelektrycznego: piezoelektryczny czujnik ceramiczny ma prostą konstrukcję, mały rozmiar, małą masę, niskie zużycie energii, długą żywotność, szczególnie ma dobre właściwości dynamiczne, dzięki czemu nadaje się do szerokiego pasma siły okresowej i szybkiej zmiany siły uderzenia.

dynamiczny pomiar piezoelektrycznego czujnika ceramicznego

Czujniki piezoelektryczne można stosować wyłącznie do pomiarów dynamicznych

Ponieważ ładunek wytworzony przez siłę zewnętrzną działającą na element piezoelektryczny może być magazynowany jedynie bez wycieków, to znaczy pomiar musi mieć nieskończoną impedancję wejściową, co jest praktycznie niemożliwe, więc czujnika piezoelektrycznego nie można używać do pomiarów statycznych.

Pod działaniem siły przemiennej element piezoelektryczny może w sposób ciągły zasilać ładunek i dostarczać określony prąd do obwodu pomiarowego, dlatego nadaje się tylko do pomiaru dynamicznego (zwykle musi być wyższa niż 100 Hz, ale powyżej 50 kHz czułość maleje).

Pomiar piezoelektrycznego czujnika ceramicznego:

(1) Pomiar siły Czujniki piezoelektryczne wykorzystują głównie efekty piezoelektryczne wzdłużne i ścinające kryształy kwarcu z dyskiem piezoelektrycznym , ponieważ kryształy kwarcu mają dużą sztywność, niską histerezę, wysoką czułość, dobrą liniowość, szeroką częstotliwość roboczą i niską piroelektryczność. Oprócz pomiaru siły jednokierunkowej czujnik siły może również wykorzystywać wiele kryształów o różnych kierunkach cięcia do pomiaru siły wielokierunkowej w zależności od jej różnych efektów piezoelektrycznych, takich jak trójkierunkowa składowa siły siły przestrzennej Fx, Fy, Fz

(2) Pomiar ciśnienia: Piezoelektryczne czujniki ciśnienia wykorzystują głównie elementy elastyczne (membrana, tłok itp.), aby zebrać ciśnienie i stać się siłą działającą na kryształ, ponieważ właściwości materiału PZT zastosowanego w elemencie elastycznym mają duży wpływ na charakterystykę czujnika.

(3) Pomiar przyspieszenia: Piezoelektryczny czujnik przyspieszenia wykorzystuje masę dociskaną do kryształu poprzez siłę wstępnego obciążenia. Kiedy działa przyspieszenie pomiarowe, kryształ piezoelektryczny zostanie poddany działaniu siły bezwładności, która wytwarza efekt piezoelektryczny. Dlatego jakość masy determinuje czułość czujnika, a także wpływa na charakterystykę wysokoczęstotliwościową czujnika.