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从压电元件到压电传感器--压电陶瓷和压电元件

本文尝试将厚书读薄,又不失其真意,将自己对压电传感器原理的理解,尽量简洁的表示出来
方法/步骤
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现实中存在一种物质,它受到力的的时候可以放出电荷,如果给它施加电场它则会产生形变,说白了这种物质可以将机械能转换成电能,也可以将电能转换成机械能,我们给这种性质起了个名字--压电效应,这种有压电效应的物质也被叫做压电材料,本文的主角是两种应用广泛的压电材料,压电晶体和压电陶瓷

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由压电材料制成的压电元件,是压电传感器的基本元件,该元件产生的电荷与受力大小成正比,这之间的系数被叫做压电系数d

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现在我们介绍一下压电晶体,它给人感觉有点两面三刀,从它不同的角度给它施加力它会出现不同的现象,据此我们给它分成三个方向的轴z(光轴),y(机械轴),x(电轴),只有在y和x两轴施加力才会出现,关于电荷的大小,在x轴方向,电荷与力的大小只与压电系数有关;在y轴方向,电荷与力的关系除了与压电系数有关,还和晶体切片的厚度与长度之比有关;关于电荷的方向,从x和y轴施加力会产生方向相反的电荷,也就是说如果对x轴施加拉力会产生正电,那么对y轴施加拉力则会产生负电。

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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,它内部有很多的杂乱的电畴,无电场作用时,电畴在晶体中分布杂乱分布,极化相互抵消呈中性,无法产生压电效应,所以需要对压电陶瓷施加一个电场,与压电晶体不同的是它的压电系数远强于压电晶体,它它更容易受到温度影响,随时间延长(2年后)压电系数会下降,现在(压电陶瓷PZT)是一种性能优越的压电陶瓷,是目前最普遍使用的压电材料。

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压电元件结构形式,实际应用中我们会把两个或四个压电元件连接起来用。我们以两个为例,当两个元件并联时,它输出的电荷可以是单个的两倍,同时它的电容量也会变成两倍,电压不变,适合测量电荷输出的放大器;当他们串联时,输出的电荷和单个一样,但电压翻了一倍,自然电容为原来的一半,适合测量电压放大器

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水平不高,能力有限,如有不足,感谢指正

注意事项

本文力求简洁,难免不够全面,只作了解阅读

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