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压电陶瓷的高频电流及工作过程

       压电陶瓷的压电效应的原理是对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这是我们平常所说的超声波信号。也是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。

       压电陶瓷的压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

       压电陶瓷在工作的过程中,其压力传感器主要是利用压电材料所具有的压电效应所制成的。由于压电材料的电荷量是一定的,所以在连接时要特别注意,避免漏电。压电式压力传感器的优点是具有自生信号,输出信号大,较高的频率响应,体积小,结构坚固。其缺点是只能用于动能测量。需要特殊电缆,在受到突然振动或过大压力时,自我恢复较慢。

       压电元件一般由两块压电晶片组成。在压电晶片的两个表面上镀有电极,并引出引线。在压电晶片上放置一个质量块,质量块一般采用比较大的金属钨或高比重的合金制成。然后用一硬弹簧或螺栓,螺帽对质量块预加载荷,整个组件装在一个原基座的金属壳体中。为了隔离试件的任何应变传送到压电元件上去,避免产生假信号输出,所以一般要加厚基座或选用由刚度较大的材料来制造,壳体和基座的重量差不多占传感器重量的一半。

       测量时,将传感器基座与试件刚性地固定在一起。当传感器受振动力作用时,由于基座和质量块的刚度相当大,而质量块的质量相对较小,可以认为质量块的惯性很小。因此质量块经受到与基座相同的运动,并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。这样,质量块有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上。

       压电陶瓷的成型主要目的是制好粒的料压结成所要求的预制尺寸的毛坯。排塑:目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。烧结成瓷:将毛坯在高温下密封烧结成瓷。此环节相当重要。

       压电陶瓷的外形加工:将烧好的制品磨加工到所需要的成品尺寸。被电极:在要求的陶瓷表面设置上导电电极。一般方法有银层烧渗、化学沉积和真空镀膜。高压极化:使陶瓷内部电畴定向排列,从而使陶瓷具有压电性能。

       压电陶瓷的老化测试,一般情况其陶瓷性能稳定后检测各项指标,看是否达到了预期的性能要求。压电陶瓷的制造特点是在直流电场下对铁电陶瓷进行极化处理,使之具有压电效应。一般极化电场为35kV/mm,温度100150°C,时间520min。这三者是影响极化效果的主要因素。性能较好的压电陶瓷,如锆钛酸铅系陶瓷,其机电偶合系数可高达0.3130.694

压电陶瓷的主要用途

1、声音转换器声音转换器是常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂鸣器是电流通过压电陶瓷的逆压电效应产生振动,而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制,可产生不同频率的振动,从而发出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡,是通过逆压电效应把交流音频电信号转换为声音信号。

2、压电打火机 煤气灶上用的一种新式电子打火机,是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮,打火机上的压电陶瓷能产生高电压,形成电火花而点燃煤气,可以长久使用。所以压电打火机不仅使用方便,安全可靠,而且寿命长,例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。

3、压电引爆器 自从一次世界大战中英军发明了坦克,并在法国索姆河的战斗中使用而重创了德军后,坦克在多次战斗中大显身手。然而到了20世纪六七十年代,由于反坦克武器的发明,坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的穿甲弹接触坦克,会马上爆炸,把坦克炸得粉碎。这是因为弹头上装有压电陶瓷,它能把相碰时的强大机械力转变为瞬间高电压,爆发火花而引爆炸药。





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