傳感器應(yīng)用技術(shù)32修(編輯修改稿)
2025-05-29 04:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 化強度的方向相同，所以電場的作用使極化強度增大。這時，陶瓷片內(nèi)的正負束縛電荷之間距離也增大，就是說，陶瓷片 沿極化方向產(chǎn)生伸長形變 。 ? 同理，如果外加電場的方向 與極化方向相反 ，則陶瓷片 沿極化方向產(chǎn)生縮短形變 。 ? 這種由于電效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械效應(yīng)或者由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的現(xiàn)象，就是 逆壓電效應(yīng) 。 － － － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － 極化方向 電場方向 Ｅ 壓電效應(yīng) ? 由此可見，壓電陶瓷所以具有壓電效應(yīng)，是由于陶瓷內(nèi)部存在 自發(fā)極化 。這些自發(fā)極化經(jīng)過極化工序處理而被迫取向排列后，陶瓷內(nèi)即存在剩余極化強度。如果外界的作用（如壓力或電場的作用）能使此極化強度發(fā)生變化，陶瓷就出現(xiàn)壓電效應(yīng)。 ? 此外，還可以看出，陶瓷內(nèi)的 極化電荷是束縛電荷 ，而不是自由電荷，這些束縛電荷不能自由移動。所以在陶瓷中產(chǎn)生的放電或充電現(xiàn)象，是通過陶瓷內(nèi)部極化強度的變化，引起電極面上自由電荷的釋放或補充的結(jié)果。 壓電材料 一、常用壓電材料 ①石英晶體 ②水溶性壓電晶體 ③鈮酸鋰晶體 ①鈦酸鋇壓電陶瓷 ②鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷 ③鈮酸鹽系壓電陶瓷 ④鈮鎂酸鉛壓電陶瓷 ① 硫化鋅 ② 碲化鎘 二、壓電材料的主要特性參數(shù) ① 壓電常數(shù) : 壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出靈敏度。 (C/N) ② 彈性常數(shù) : 壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態(tài)特性。 ③ 介電常數(shù) : 對于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。 壓電材料 ④ 機械耦合系數(shù)：它的意義是，在壓電效應(yīng)中，轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機械能）之比的平方根，這是衡量壓電材料機 — 電能量轉(zhuǎn)換效率的一個重要參數(shù)。 ⑤ 電阻 : 壓電材料的絕緣電阻將減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。 ⑥ 居里點溫度 : 它是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。 壓電材料 壓電材料 二、壓電材料特性要求 ① 轉(zhuǎn)換性能 :要求具有較大壓電常數(shù)。 ② 機械性能 :壓電元件作為受力元件，希望它的機械強度高、剛度大，以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動頻率。 ③ 電性能。希望具有高電阻率和大介電常數(shù)，以減弱外部分布電容的影響并獲得良好的低頻特性。 ④ 環(huán)境適應(yīng)性強。溫度和濕度穩(wěn)定性要好，要求具有較高的居里點，獲得較寬的工作溫度范圍。 ⑤ 時間穩(wěn)定性。要求壓電性能不隨時間變化。 壓電材料 三、常用壓電材料特點 ? 石英（ SiO2）是一種具有良好壓電特性的壓電晶體。其介電常數(shù)和壓電系數(shù)的溫度穩(wěn)定性相當好，在常溫范圍內(nèi)這兩個參數(shù)幾乎不隨溫度變化。 壓電材料 ? 石英晶體的突出優(yōu)點是性能非常穩(wěn)定，機械強度高，絕緣性能也相當好。但石英材料價格昂貴，且壓電系數(shù)比壓電陶瓷低得多。因此一般僅用于 標準儀器 或要求較高的傳感器中。 ? 因為石英是一種各向異性晶體，因此，按不同方向切割的晶片，其物理性質(zhì)（如彈性、壓電效應(yīng)、溫度特性等）相差很大。因此在設(shè)計石英傳感器時，根據(jù)不同使用要求正確地選擇石英片的切型。 壓電材料 ? 優(yōu)點：具有很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)。 ? 缺點：居里溫度低，溫度穩(wěn)定性和機械強度不如石英晶體。 ? 鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷是目前壓電式傳
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