Introduktion till piezoelektrisk keramisk omvandlarfunktion

Piezoelektriska givare är ultraljudssensorer gjorda med hjälp av den piezoelektriska effekten som produceras av vissa dielektrika. Den så kallade piezoelektriska effekten syftar på fenomenet att när vissa dielektrika genomgår deformation (inklusive böjnings- och sträckningsdeformation) på grund av polariseringen av inre laddningar, kommer de att generera laddningar på sin yta när de deformeras av yttre krafter i en viss riktning. Piezoelektriska material kan delas in i piezoelektriska enkristaller, piezoelektriska polykristallina och organiska piezoelektriska material. De mest använda piezoelektriska givare är olika typer av piezoelektriska keramiska rör som hör till piezoelektriska polykristaller och kvartskristaller i piezoelektriska enkristaller. Andra piezoelektriska enkristaller inkluderar litiumniobat, litiumtantalat, litiumgallat och vismutgermanat lämpliga för strålningsmiljöer med hög temperatur.

Introduktion för egenskaperna hos piezoelektriska keramiska sensorer

Piezoelektrisk keramik inkluderar bariumtitanatkeramik som tillhör det binära systemet, blyzirkonattitanatseriens keramik, niobatseriens keramik och blymagnesiumniobatkeramik som tillhör det ternära systemet. Fördelarna med anpassade piezoelektriska hemisfärer är bekväma att bränna, lätt att forma, fuktbeständighet och hög temperaturbeständighet. Nackdelen är att den har pyroelektricitet, vilket kommer att störa mätningen av mekaniska storheter. Piezoelektriska material inkluderar mer än tio typer av polymermaterial såsom polyvinylidenfluorid, polyvinylfluorid och nylon. Piezoelektriska material kan masstillverkas och göras till större ytor. Det har unika fördelar när det gäller att matcha luftens akustiska motstånd och är en ny typ av elektroakustiskt material med stor utvecklingspotential. Sedan 1960-talet har kristaller med både halvledaregenskaper och piezoelektriska egenskaper, såsom zinksulfid, zinkoxid och kalciumsulfid, upptäckts. Användningen av PZT-material kan göras till en ny typ av piezoelektrisk sensor som integrerar känsliga komponenter och elektroniska kretsar, vilket är mycket lovande.

Tillämpningen av piezoelektrisk sensor: piezoelektrisk keramisk sensor har enkel struktur, liten storlek, liten massa, låg strömförbrukning, lång livslängd, särskilt den har goda dynamiska egenskaper, så den är lämplig för ett brett band av periodisk kraft och höghastighetsändring av slagkraft.

dynamisk mätning av piezoelektrisk keramisk sensor

Piezoelektriska sensorer kan endast användas för dynamisk mätning

Eftersom laddningen som genereras av den externa kraften som verkar på det piezoelektriska elementet endast kan lagras utan läckage, det vill säga mätningen måste ha en oändlig ingångsimpedans, vilket är praktiskt taget omöjligt, så den piezoelektriska sensorn kan inte användas för statisk mätning.

Under inverkan av växelkraft kan det piezoelektriska elementet kontinuerligt fylla på laddningen och kan leverera en viss ström till mätkretsen, så det är endast lämpligt för dynamisk mätning (i allmänhet måste det vara högre än 100Hz, men över 50kHz minskar känsligheten).

Mätning av piezoelektrisk keramisk sensor:

(1) Kraftmätning Piezoelektriska sensorer använder huvudsakligen de longitudinella och skjuvningspiezoelektriska effekterna av piezokeramiska skivkvartskristaller, eftersom kvartskristaller har stor styvhet, låg hysteres, hög känslighet, bra linjäritet, bred arbetsfrekvens och låg pyroelektricitet. Förutom att mäta den enkelriktade kraften kan kraftsensorn också använda flera kristaller med olika skärriktningar för att mäta flerriktad kraft beroende på dess olika piezoelektriska effekter, såsom den treriktade komponentkraften av den rumsliga kraften Fx, Fy, Fz

(2) Tryckmätning: Piezoelektriska trycksensorer använder huvudsakligen elastiska element (membran, kolv, etc.) för att samla tryck och bli en kraft som verkar på kristallen, eftersom egenskaperna hos PZT-materialet som används i det elastiska elementet har stor inverkan på sensorns egenskaper.

(3) Accelerationsmätning: Den piezoelektriska accelerationssensorn använder massan som ska pressas mot kristallen genom förspänningskraft. När mätaccelerationen verkar, kommer piezokristallen att utsättas för en tröghetskraft, vilket ger en piezoelektrisk effekt. Därför bestämmer massans kvalitet sensorns känslighet och påverkar även sensorns högfrekvenssvar.