压电传感器:应用与工作原理

什么是压电换能器

一种压电换能器(也称为压电传感器)是使用压电效果来测量加速度,压力,应变,温度或力的变化来测量电荷的电荷。

一种传感器可以是将一种形式的能量转换为另一个形式的任何东西。压电材料是传感器的一种。当我们挤压这种压电材料或施加任何力或压力时,换能器将这种能量转换为电压。这电压是应用于它的力或压力的函数。

由压电换能器产生的电压可以通过电压容易地测量测量仪器.因为这个电压是施加在它身上的力或压力的函数,我们可以通过电压读数来推断力/压力是什么。这样,像机械应力或力这样的物理量就可以用压电传感器直接测量出来。

什么是压电换能器

压电执行器

压电致动器以压电传感器的相反方式行用。它是电效应将导致材料变形的是伸展或弯曲。

这意味着在压电传感器中,当力施加力以伸展或弯曲时,电势是在一个压电执行器,施加电势它是变形的,即拉伸或弯曲。

压电执行器

压电传感器由石英晶体组成,该石英晶体由布置在晶体结构中的硅和氧气制成(SiO2).一般情况下,所有晶体的单元(基本重复单元)是对称的,但压电石英晶体则不是对称的。压电晶体是电中性的。

它们内部的原子可能不对称地布置,但它们的电荷是平衡的装置,正电荷抵消负电荷。当机械应力沿一定的平面施加到它时,石英晶体具有产生电极性的独特性质。基本上,有两种类型的压力。一个是压缩应力,另一个是拉伸应力。

压电石英

当没有受到无标准的石英时,没有收费诱导它。在压缩应力的情况下,在一侧诱导正电荷,并且在相对侧诱导负电荷。由于压缩应力,晶体尺寸变薄并更长。在拉伸应力的情况下,与压缩应力的比较相反,诱导电荷,并且石英晶晶体变短,更倾向。

压电换能器是基于压电效应原理设计的。“压电”这个词来源于希腊语“piezen”,意思是挤压或按压。压电效应是指当机械应力或力作用于石英晶体时,在石英晶体表面产生电荷。压电效应是由皮埃尔和雅克·居里发现的。产生的电荷率将正比于施加于它的机械应力的变化率。应力越高,电压越高。

压电效应的一个独特的特征是,它是可逆的电压时,他们倾向于改变尺寸以及某些平面即石英晶体结构放入电场中,它会变形石英晶体的数量与电场的强度成正比。如果将相同的结构置于电场中,而电场方向相反,则产生相反的变形。

压电效应

由于应用的电场,石英晶晶体变长

压电传感器

由于在反向方向上施加的电场,石英晶体变短。
它是一种自发电传感器。它不需要电压源进行操作。由压电换能器产生的电压线性地变化,以施加应力或力。

压电换能器具有很高的灵敏度。由于其优良的响应频率,可作为传感器应用于加速度计中。压电效应被用于许多应用,包括声音的产生和检测,电子频率的产生。它作为一个点火源为打火机和使用声纳,麦克风,力,压力和位移测量

压电材料的应用

利用压电材料,压电换能器可以应用于多种应用中,包括:

  1. 在麦克风中,声压被转换成电信号,这个信号最终被放大,产生更大的声音。
  2. 汽车安全带在快速减速时也用压电材料锁住。
  3. 它也用于医疗诊断。
  4. 它用于厨房中使用的电动打火机。在压电传感器上制造的压力会产生电信号,最终导致闪光灯撞到。
  5. 它们用于研究高速冲击波和爆炸波。
  6. 二手不孕症治疗。
  7. 用于喷墨打印机
  8. 它也用于餐厅或机场,当一个人靠近门时,门就会自动打开。在这种情况下,使用的概念是当一个人靠近门时,将人的重量施加在传感器上,从而产生电效应,门自动打开。

压电材料的实例

材料是:

  1. 钛酸钡。
  2. 锆钛酸铅(PZT)
  3. 罗谢尔盐。

压电超声换能器

它产生远远高于人类耳朵听到的频率。它在经过任何电压时迅速扩展和收缩。它通常用于真空吸尘器。

Piezo蜂鸣器

蜂鸣器是产生声音的任何东西。它们由振荡电子电路驱动。压电元件可以由振荡电子电路或另一个音频信号源驱动,与压电音频放大器驱动。Blick,Ring或蜂鸣声是通常起诉的声音,表示已按下按钮。

压电式蜂鸣器(或压电式蜂鸣器)依靠声腔共振(或亥姆霍兹共振)来产生可听见的蜂鸣器。

压电传感器的优势

压电换能器的优点是:

  1. 不需要外力
  2. 体积小,操作方便,使用方便
  3. 高频响应意味着参数变化非常迅速

压电传感器的缺点

压电换能器的缺点是:

  1. 它不适合在静态条件下测量
  2. 它受温度的影响
  3. 输出低,因此有些外部电路附加到它
  4. 要给这种材料提供所需的形状和强度是非常困难的
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