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    Barksdale压力传感器专业资料书

    发布时间:2020/6/28
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    压电陶瓷 
    压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴,它有一定的极化方向,从而存在电场。在无外电场作用时,电畴在晶体中杂乱分布,它们各自的极化效应被相互抵消,压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性,不具有压电性质。
    在陶瓷上施加外电场时,电畴的极化方向发生转动,趋向于按外电场方向的排列,从而使材料得到极化。外电场愈强,就有更多的电畴更*地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度,即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时,当外电场去掉后,电畴的极化方向基本没变化,即剩余极化强度很大,这时的材料才具有压电特性。 
    压电陶瓷的极化   (a) 未极化; (b) 电极化 
    压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多,所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。极化处理后的压电陶瓷材料的剩余极化强度和特性与温度有关,它的参数也随时间变化,从而使其压电特性减弱。        
    新型压电材料
    压电薄膜
    (1)  压电半导体材料
    压电半导体材料有ZnO、CdS(硫化镉) 、CdTe(碲化镉 )等,这种力敏器件具有灵敏度高,响应时间短等优点。此外用ZnO作为表面声波振荡器的压电材料,可检测力和温度等参数。
    (2)  高分子压电材料
    某些合成高分子聚合物薄膜经延展拉伸和电场极化后,具有一定的压电性能,这类薄膜称为高分子压电薄膜。目前出现的压电薄膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚γ甲基-L谷氨酸脂PMG等。高分子压电材料是一种柔软的压电材料,不易破碎,可以大量生产和制成较大的面积。
    压电材料的主要特性参数
    1)压电常数:压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数,它直接关系到压电输出的灵敏度。
    2)弹性常数:压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。
    3)介电常数:对于一定形状、尺寸的压电元件,其固有电容与介电常数有关;而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。
    4) 机械耦合系数:在压电效应中,其值等于转换输出能量(如电能)与输入的能量(如机械能)之比的平方根;它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。
    5)电阻压电材料的绝缘电阻:将减少电荷泄漏,从而改善压电传感器的低频特性。
    6)居里点:压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。
    压电式传感器的测量电路
    1、压电式传感器的等效电路
    将压电晶片产生电荷的两个晶面封装上金属电极后,就构成了压电元件。当压电元件受力时,就会在两个电极上产生电荷,因此,压电元件相当于一个电荷源;两个电极之间是绝缘的压电介质,因此它又相当于一个以压电材料为介质的电容器,其电容值为 Ca = εRε0A/δ
    v压电元件等效为一个与电容相并联的电荷源,也可以等效为一个与电容相串联的电压源
    压电式传感器不能用于静态测量。压电元件只有在交变力的作用下,电荷才能*地产生,可以供给测量回路以一定的电流,故只适用于动态测量。 
    2、压电式传感器测量电路 
    压电式传感器的内阻很高,要求与高输入阻抗的前置放大电路配合,与一般的放大、检波、显示、记录电路连接,防止电荷的迅速泄漏而使测量误差减少。
    压电式传感器的前置放大器的作用有两个:一是把传感器的高阻抗输出变为低阻抗输出;二是把传感器的微弱信号进行放大。
    根据压电式传感器的工作原理及等效电路,它的输出可以是电荷信号,也可以是电压信号,因此与之配套的前置放大器也有电荷放大器和电压放大器两种形式。
    由于电压前置放大器的输出电压与电缆电容有关,故目前多采用电荷放大器。

     

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