Вступ до функції п’єзоелектричного керамічного перетворювача

П'єзоелектричні перетворювачі - це ультразвукові датчики, виготовлені з використанням п'єзоелектричного ефекту, створюваного певними діелектриками. Так званий п’єзоелектричний ефект відноситься до явища, коли певні діелектрики зазнають деформації (включаючи деформацію згину та розтягування) через поляризацію внутрішніх зарядів, вони генеруватимуть заряди на своїй поверхні, коли їх деформують зовнішні сили в певному напрямку. П'єзоелектричні матеріали можна розділити на п'єзоелектричні монокристалічні, п'єзоелектричні полікристалічні та органічні п'єзоелектричні матеріали. Найбільш часто використовуваними п'єзоелектричними перетворювачами є різні типи п'єзоелектрична керамічна трубка, що належить до п'єзоелектричних полікристалів і кристалів кварцу в п'єзоелектричних монокристалах. Інші п’єзоелектричні монокристали включають ніобат літію, танталат літію, галлат літію та германат вісмуту, які підходять для високотемпературного радіаційного середовища.

Ознайомлення з характеристиками п'єзоелектричних керамічних датчиків

П’єзоелектрична кераміка включає кераміку титанату барію, що належить до подвійної системи, кераміку серії титанату цирконата свинцю, кераміку серії ніобату та кераміку ніобату свинцю, магнію, що належить до потрійної системи. Переваги Спеціальні п'єзоелектричні напівсфери відрізняються зручністю обстрілу, легким формуванням, стійкістю до вологи та високої температури. Недоліком є ​​те, що він має піроелектрику, яка заважатиме вимірюванню механічних величин. П'єзоелектричні матеріали включають більше десяти видів полімерних матеріалів, таких як полівініліденфторид, полівінілфторид і нейлон. П’єзоелектричні матеріали можна масово виробляти та виготовляти на більших площах. Він має унікальні переваги у відповідності з акустичним опором повітря та є новим типом електроакустичного матеріалу з великим потенціалом розвитку. З 1960-х років були відкриті кристали, що володіють як напівпровідниковими, так і п’єзоелектричними властивостями, такими як сульфід цинку, оксид цинку та сульфід кальцію. Використання матеріалу PZT може бути використано для створення нового типу п’єзоелектричного датчика, який об’єднує чутливі компоненти та електронні схеми, що є дуже перспективним.

Застосування п'єзоелектричного датчика: п'єзоелектричний керамічний датчик має просту структуру, невеликий розмір, невелику масу, низьке енергоспоживання, тривалий термін служби, особливо він має хороші динамічні характеристики, тому він підходить для широкої смуги періодичної сили та високошвидкісної зміни сили удару.

динамічне вимірювання п'єзоелектричного керамічного датчика

П'єзоелектричні датчики можна використовувати тільки для динамічних вимірювань

Оскільки заряд, створений зовнішньою силою, що діє на п’єзоелектричний елемент, може зберігатися лише без витоку, тобто вимірювання повинне мати нескінченний вхідний опір, що практично неможливо, тому п’єзоелектричний датчик не можна використовувати для статичного вимірювання.

Під дією змінної сили п’єзоелектричний елемент може безперервно подавати заряд і подавати певний струм у вимірювальний ланцюг, тому він підходить лише для динамічних вимірювань (як правило, вона має бути вищою за 100 Гц, але вище 50 кГц чутливість зменшується).

Вимірювання п'єзоелектричного керамічного датчика:

(1) Вимірювання сили П’єзоелектричні датчики в основному використовують поздовжні та зсувні п’єзоелектричні ефекти п’єзокерамічні дискові кварцові кристали, тому що кварцові кристали мають велику жорсткість, низький гістерезис, високу чутливість, хорошу лінійність, широку робочу частоту та низьку піроелектрику. На додаток до вимірювання односпрямованої сили, датчик сили також може використовувати кілька кристалів з різними напрямками різання для вимірювання різноспрямованої сили залежно від її різних п’єзоелектричних ефектів, таких як тринаправлена ​​компонентна сила просторової сили Fx, Fy, Fz

(2) Вимірювання тиску: п’єзоелектричні датчики тиску в основному використовують еластичні елементи (діафрагму, поршень тощо), щоб накопичувати тиск і перетворюватися на силу, що діє на кристал, оскільки властивості матеріалу PZT, який використовується в еластичному елементі, мають великий вплив на характеристики датчика.

(3) Вимірювання прискорення: п’єзоелектричний датчик прискорення використовує масу, яку потрібно притиснути до кристала силою попереднього навантаження. Коли діє прискорення вимірювання, на п’єзокристал буде діяти інерційна сила, яка створює п’єзоелектричний ефект. Тому якість маси визначає чутливість датчика, а також впливає на високочастотну характеристику датчика.