鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷PZT-2

鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷PZT鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷PZT鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷PZT對于某些晶體或陶瓷：當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。上述現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨著消失，稱為逆壓電效應(yīng)。５.１工作原理１、壓電效應(yīng)及壓電材料1對于某些晶體或陶瓷：當(dāng)沿著一定方向受到外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)；當(dāng)作用力方向改變時，電荷的極性也隨著改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。上述現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如對晶體施加一定變電場，晶體本身將產(chǎn)生機械變形，外電場撤離，變形也隨著消失，稱為逆壓電效應(yīng)。５.１工作原理１、壓電效應(yīng)及壓電材料2020/11/262石英晶體2020/11/263石英晶體壓電效應(yīng)示意圖

沿X軸或Y軸作用力，產(chǎn)生壓電效應(yīng)；沿Z軸作用力，不產(chǎn)生壓電效應(yīng)2020/11/264壓電片受力電荷極性石英晶體受力方向與電荷極性的關(guān)系

縱向壓電效應(yīng)（沿X軸作用力）

橫向壓電效應(yīng)（沿Y軸作用力）2020/11/265壓電陶瓷的極化過程和壓電原理圖

壓電陶瓷2020/11/266

壓電方程與壓電系數(shù)（dij——壓電常數(shù)）壓電常數(shù)下標(biāo)的含義：第一個下標(biāo)：表示極化方向，i=1,2,3分別代表X，Y，Z軸；第二個下標(biāo)：表示作用力的方向，

j=1,2,3,4,5,6分別代表沿X軸，Y軸，Z軸方向的單向應(yīng)力和垂直于X軸，Y軸，Z軸平面（即YZ平面，XZ平面，XY平面）作用的剪切力；剪切力的作用方向2020/11/267壓電材料

對壓電材料的要求：①轉(zhuǎn)換性能：具有較高的耦合系數(shù)或具有較大的壓電常數(shù)；②機械性能：壓電元件作為受力元件，希望它的機械強度高、機械剛度大。以期獲得寬的線性范圍和高的固有振動頻率；③電性能：希望具有高的電阻率和大的介電常數(shù)，以期望減弱外部分布電容的影響并獲得良好的低頻特性；④溫度和濕度穩(wěn)定性要好：具有較高的居里點、以期望得到寬的工作溫度范圍；⑤時間穩(wěn)定性：壓電特性不隨時間蛻變。2020/11/268

分類：

單晶體

石英（SiO2）：最早使用，天然晶體，穩(wěn)定，高強度，溫度穩(wěn)定性好，但壓電常數(shù)??；

水溶性壓電晶體（酒石酸鉀鈉、硫酸鋰等）：壓電常數(shù)大，但受溫、濕度影響大；

鈮酸鋰晶體：耐高溫、壓電性能和時間穩(wěn)定性好，但質(zhì)脆，熱沖擊性差；2020/11/269

多晶體（壓電陶瓷）

鈦酸鋇壓電陶瓷：壓電常數(shù)高，價格便宜，但機械強度較差；

鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷（PZT）：性能教穩(wěn)定，壓電常數(shù)較高；

鈮酸鹽系壓電陶瓷：居里點較高和機械強度較高；

鈮鎂酸鉛壓電陶瓷：居里點和壓電常數(shù)較高，可在高溫及高壓下工作。

有機壓電材料（壓電橡膠、塑料等）柔軟、不易破碎，可大量生產(chǎn)，面積較大2020/11/2610常用壓電材料性能參數(shù)2020/11/2611壓電元件的連接形式２、壓電式傳感器2020/11/2612

壓電元件受力后的變形方式：2020/11/2613５.２等效電路和測量電路壓電式傳感器對被測量的變化是通過其壓電元件產(chǎn)生電荷量的大小來反映的，因此它相當(dāng)于一個電荷源。壓電元件電極表面聚集電荷時，它又相當(dāng)于一個以壓電材料為電介質(zhì)的電容器，其電容量為：

式中s--極板面積

r--壓電材料相對介電常數(shù)

0--真空介電常數(shù)δ--壓電元件厚度2020/11/2614

壓電元件受外力作用時，兩表面產(chǎn)生等量的正負電荷Ｑ，壓電元件的開路電壓Ｕ為等效電路2020/11/2615實際等效電路電荷等效電路電壓等效電路2020/11/2616壓電傳感器的測量系統(tǒng)如圖

前置放大器的作用：放大壓電元件的微弱信號；高阻抗輸入變?yōu)榈妥杩馆敵?。測量電路2020/11/2617

１.電壓放大器2020/11/2618電壓輸出型壓電傳感器測量電路2020/11/2619２.電荷放大器2020/11/2620電荷輸出型壓電傳感器測量電路2020/11/2621５.３壓電式傳感器的應(yīng)用壓電元件是一種典型的力敏感元件。具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、固有頻率高、靈敏度和信嗓比高等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。在檢測技術(shù)中，常用來測量力和加速度等。它的主要缺點是無靜態(tài)輸出，要求有很高的輸出阻抗，且一些壓電材料的工作溫度不高。

2020/11/2622１、壓電式測力傳感器