檢測(cè)技術(shù)與儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告--壓電傳感器及其應(yīng)用-文庫(kù)吧
2025-01-03 22:57 本頁面
【正文】 ：短路：兩電極間外電路的電阻比壓電陶瓷片的內(nèi)阻小得多，可認(rèn)為外電路處于短路狀態(tài)。這時(shí)電極面所累積的電荷由于短路而流走，電壓保持不變。它的上標(biāo)用E表示。 開路：兩電極間外電路的電阻比壓電陶瓷片的內(nèi)阻大得多，可認(rèn)為外電路處于開路狀態(tài)。這時(shí)電極上的自由電荷保持不變，電位移保持不變。它的上標(biāo)用D表示。（2）機(jī)械邊界條件自由：用夾具把壓電陶瓷片的中間夾住，邊界上的應(yīng)力為零，即片子的邊界條件是機(jī)械自由的，片子可以自由變形。它的上標(biāo)用T表示。 夾緊：用剛性?shī)A具把壓電陶瓷的邊緣固定，邊界上的應(yīng)變?yōu)榱?，即片子的邊界條件是機(jī)械夾緊的。它的上標(biāo)用S表示。 四類邊界條件對(duì)應(yīng)四類壓電方程，根據(jù)不同的邊界條件選擇不同的壓電方程。第一類壓電方程邊界條件為機(jī)械自由和電學(xué)短路，應(yīng)力T和電場(chǎng)強(qiáng)度E為自變量，應(yīng)變S和電位移D為因變量。方程為：式中，第一個(gè)方程敘述了正壓電效應(yīng)，而第二個(gè)方程敘述了逆壓電效應(yīng)。式中d為壓電常數(shù)，dT—d的轉(zhuǎn)置；s—彈性柔順常數(shù)；ε—介電常數(shù)。而εT和sE分別表示應(yīng)力恒定時(shí)的介電常數(shù)和場(chǎng)強(qiáng)恒定時(shí)的彈性柔順系數(shù)。濕敏元件比來表示靈敏度。第二類壓電方程邊界條件為機(jī)械夾持和電學(xué)短路，應(yīng)變S和電場(chǎng)強(qiáng)度E為自變量，應(yīng)力T和電位移D為因變量（ansys中所應(yīng)用的就是這個(gè)方程）：式中，c—彈性剛度常數(shù)；e—壓電應(yīng)力系數(shù)；et—e的轉(zhuǎn)置。εS為應(yīng)變恒定時(shí)的介電常數(shù)（夾緊介電常數(shù)），cE為場(chǎng)強(qiáng)恒定時(shí)（短路）的彈性剛度系數(shù)。第三類壓電方程邊界條件為機(jī)械自由和電學(xué)開路，應(yīng)力T和電位移D為自變量，應(yīng)變S和電場(chǎng)強(qiáng)度E為因變量：式中，β—自由倒介電常數(shù)；g—壓電應(yīng)變常數(shù)；gT—g的轉(zhuǎn)置。βT為恒應(yīng)力作用下的介質(zhì)的隔離率。sD為恒電位移（開路）時(shí)彈性柔順系數(shù)。第四類壓電方程邊界條件為機(jī)械夾持和電學(xué)開路，應(yīng)變S和電位移D為自變量，應(yīng)力T和電場(chǎng)強(qiáng)度E為因變量：式中，h—壓電應(yīng)力常數(shù)；ht—h的轉(zhuǎn)置。βS為恒應(yīng)變下（夾緊）的介質(zhì)隔離率；cD為恒電位移（開路）時(shí)彈性剛度系數(shù)。理解并掌握了壓電理論的基礎(chǔ)知識(shí)、熟悉壓電陶瓷的極化和壓電方程等對(duì)于全面理解壓電換能器的工作原理提供了相關(guān)的理論基礎(chǔ)，因此是十分必要的。第三章 壓電材料 石英晶體典型的石英的化學(xué)成分為SiO2，晶體屬三方晶系的氧化物礦物，即低溫石英（a石英），是石英族礦物中分布最廣的一個(gè)礦物種。廣義的石英還包括高溫石英（b石英）。 低溫石英常呈帶尖頂?shù)牧街鶢罹w產(chǎn)出，柱面有橫紋，類似于六方雙錐狀的尖頂實(shí)際上是由兩個(gè)菱面體單形所形成的。石英集合體通常呈粒狀、塊狀或晶簇、晶腺等。純凈的石英無色透明，玻璃光澤，貝殼狀斷口上具油脂光澤，無解理。受壓或受熱能產(chǎn)生電效應(yīng)。 新型壓電材料迄今為止，壓電材料使用鈦氧鋯鉛（PZT），而此次開發(fā)的材料不含鉛成分，可實(shí)現(xiàn)高性能，對(duì)環(huán)境無害的傳感器及換能器制造。這種鈦氧鋇系列的壓電材料，是日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)的研究人員任曉兵開發(fā)出的。壓電材料具有增加電壓產(chǎn)生伸縮、增加壓力產(chǎn)生電壓的特性，廣泛應(yīng)用于電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的換能器制造，是蜂鳴器、噴墨印刷機(jī)等不可缺少的材料。 壓電材料利用正離子與負(fù)離子的中心移動(dòng)這一性質(zhì)，增加電場(chǎng)，使離子輕微移動(dòng)。但在原理上，%距離。此次研究小組利用新原理開發(fā)的壓電材料正離子與負(fù)離子中心移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偶極矩電極化的區(qū)域，在增加電場(chǎng)之后沿電壓方向一齊發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了可逆性的巨大電致伸縮效應(yīng)。在理論上可實(shí)現(xiàn)最大5%的移動(dòng)。 該材料應(yīng)用于超聲成像（特別是醫(yī)用超聲成像）、聲納、微驅(qū)動(dòng)器等器件可使其性能有重大提高。 第四章 壓電傳感器的測(cè)量電路 壓電晶片的連接方式在實(shí)際應(yīng)用中，由于單片的輸出電荷很小，因此，組成壓電式傳感器的晶片不止一片，常常將兩片或兩片以上的晶片粘結(jié)在一起。粘結(jié)的方法有兩種，即并聯(lián)和串聯(lián)。并聯(lián)方法兩片壓電晶片的負(fù)電荷集中在中間電極上，正電荷集中在兩側(cè)
教學(xué)教案相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1