6.1.2-3-4 石英晶体-压电陶瓷-压电传感器

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目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅,居里温度 点300℃,性能稳定,有较高的介电常数和压电系数。
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压电陶瓷可以按受力和变形的不同形式制成各种形状 的压电元件。
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6.1.4 压电式传感器 压电式传感器的基本原理就是利用压电材料的压电效
应,当有力作用在压电材料上时,传感器就有电荷输 出。
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• 为了提高灵敏度,常把几片同型号的压 电元件组合使用:并联和串联。
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并联使用时,电荷量增加一倍,电容量也增加一倍, 输出电压不变,适合测量慢变信号并以电荷作为输出 的场合;
串联使用时,电荷量不变,电容量减小一半,输出电 压增大一倍,适用于以电压作输出信号,并且测量电 路输入阻抗很高的场合。
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6.1.3 压电陶瓷
压电陶瓷是一种人工制Biblioteka Baidu的多晶压电材料,它由无数个 细微的单晶组成。材料内部的晶粒有许多自发极化的电 畴,在无电场作用时,电畴在晶体中杂乱分布,它们的 极化效应被相互抵消,因此原始的压电陶瓷呈中性,不 具有压电性质。
必须对压电陶瓷进行极化处理,在陶瓷上施加外电场。 在压电传感器中多采用钛酸钡及锆钛酸铅压电陶瓷作为
压电元件。
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电荷量与外力的关系:
q d33F
d33——压电陶瓷的压电系数。
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压电陶瓷特性
钛酸钡的压电系数是石英的50倍,但居里温度点只有 115℃,使用温度不超过70℃,温度稳定性和机械强 度都不如石英。
qx d11Fx
横向压电效应:沿机械轴Y方向施加力的作用产 生的压电效应称为横向压电效应。
qy
d12
a b
Fy
d11---x方向受力的压电系数; d12---y方向受力的压电系数;
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当石英晶体不受力时,正负电荷重心重合,电偶极矩的矢量和等于零。 P1+P2+P3=0. 当受到X方向的压力作用时,P1减小,P2,P3增大,在X轴正方向出现负电荷; 当受到Y方向的压力作用时,P1增大,P2,P3减小,在X轴正方向出现正电荷。
6.1.2 石英晶体(SiO2)
优点:
绝缘性能好,机械强度高; 压电温度系数小,居里温度点高;
缺点:
资源少,价格较贵; 压电系数低。
只在标准传感或精度要求较高的传感器中使用。
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石英晶体是一个正六面体,各个方向的特性是不同 的。
Z—光轴
X—电轴
Y—机械轴
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纵向压电效应:沿电轴X方向施加力的作用产生 的压电效应称为纵向压电效应。
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