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    Barksdale壓力傳感器專業資料書

    發布時間:2020/6/28
    提 供 商: 維特銳集團股份有限公司上海分公司 資料大小:
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    壓電陶瓷 
    壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。材料內部的晶粒有許多自發極化的電疇,它有一定的極化方向,從而存在電場。在無外電場作用時,電疇在晶體中雜亂分布,它們各自的極化效應被相互抵消,壓電陶瓷內極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質。
    在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發生轉動,趨向于按外電場方向的排列,從而使材料得到極化。外電場愈強,就有更多的電疇更*地轉向外電場方向。讓外電場強度大到使材料的極化達到飽和的程度,即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時,當外電場去掉后,電疇的極化方向基本沒變化,即剩余極化強度很大,這時的材料才具有壓電特性。 
    壓電陶瓷的極化   (a) 未極化; (b) 電極化 
    壓電陶瓷的壓電系數比石英晶體的大得多,所以采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高。極化處理后的壓電陶瓷材料的剩余極化強度和特性與溫度有關,它的參數也隨時間變化,從而使其壓電特性減弱。        
    新型壓電材料
    壓電薄膜
    (1)  壓電半導體材料
    壓電半導體材料有ZnO、CdS(硫化鎘) 、CdTe(碲化鎘 )等,這種力敏器件具有靈敏度高,響應時間短等優點。此外用ZnO作為表面聲波振蕩器的壓電材料,可檢測力和溫度等參數。
    (2)  高分子壓電材料
    某些合成高分子聚合物薄膜經延展拉伸和電場極化后,具有一定的壓電性能,這類薄膜稱為高分子壓電薄膜。目前出現的壓電薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚γ甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子壓電材料是一種柔軟的壓電材料,不易破碎,可以大量生產和制成較大的面積。
    壓電材料的主要特性參數
    1)壓電常數:壓電常數是衡量材料壓電效應強弱的參數,它直接關系到壓電輸出的靈敏度。
    2)彈性常數:壓電材料的彈性常數、 剛度決定著壓電器件的固有頻率和動態特性。
    3)介電常數:對于一定形狀、尺寸的壓電元件,其固有電容與介電常數有關;而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。
    4) 機械耦合系數:在壓電效應中,其值等于轉換輸出能量(如電能)與輸入的能量(如機械能)之比的平方根;它是衡量壓電材料機電能量轉換效率的一個重要參數。
    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:壓電材料開始喪失壓電特性的溫度稱為居里點。
    壓電式傳感器的測量電路
    1、壓電式傳感器的等效電路
    將壓電晶片產生電荷的兩個晶面封裝上金屬電極后,就構成了壓電元件。當壓電元件受力時,就會在兩個電極上產生電荷,因此,壓電元件相當于一個電荷源;兩個電極之間是絕緣的壓電介質,因此它又相當于一個以壓電材料為介質的電容器,其電容值為 Ca = εRε0A/δ
    v壓電元件等效為一個與電容相并聯的電荷源,也可以等效為一個與電容相串聯的電壓源
    壓電式傳感器不能用于靜態測量。壓電元件只有在交變力的作用下,電荷才能*地產生,可以供給測量回路以一定的電流,故只適用于動態測量。 
    2、壓電式傳感器測量電路 
    壓電式傳感器的內阻很高,要求與高輸入阻抗的前置放大電路配合,與一般的放大、檢波、顯示、記錄電路連接,防止電荷的迅速泄漏而使測量誤差減少。
    壓電式傳感器的前置放大器的作用有兩個:一是把傳感器的高阻抗輸出變為低阻抗輸出;二是把傳感器的微弱信號進行放大。
    根據壓電式傳感器的工作原理及等效電路,它的輸出可以是電荷信號,也可以是電壓信號,因此與之配套的前置放大器也有電荷放大器和電壓放大器兩種形式。
    由于電壓前置放大器的輸出電壓與電纜電容有關,故目前多采用電荷放大器。

     

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