壓電效應
某些單晶材料的結(jié)構(gòu)具有非對稱特性,當這些材料受到外加應力作用而產(chǎn)生應變時,其內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的變化(形變)會破壞原來宏觀表現(xiàn)為電中性的狀態(tài),產(chǎn)生極化電場(電極化),所產(chǎn)生的電場(電極化強度)與應變的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應,它是由居里兄弟于1880年發(fā)現(xiàn)的。隨后,在1881年又進一步發(fā)現(xiàn)這類單晶材料還具有逆壓電效應,即具有正壓電效應的材料在受到外加電場作用時,會有應力和應變產(chǎn)生,其應變與外電場的大小成正比。
壓電效應是晶體結(jié)構(gòu)的一個特性,批量定制壓電陶瓷,它與晶體結(jié)構(gòu)的非對稱性有關(guān),而壓電效應的大小及性質(zhì)則與施加的應力或電場對晶體結(jié)晶軸的相對方向有關(guān)。
具有壓電效應的單晶材料種類很多,常用的如天然石英(SiO2)晶體,以及人工單晶材料如硫酸鋰(Li2SO4)、鈮酸鋰(LiNbO3)等等。
電致伸縮效應
某些多晶材料中存在有自發(fā)形成的分子集團,即所謂“電疇”,它具有一定的極化,并且沿極化方向的長度往往與其他方向的長度不同。當有外加電場作用時,電疇會發(fā)生轉(zhuǎn)動,使其極化方向與外加電場方向趨于一致,從而使該材料沿外加電場方向的長度將發(fā)生變化,表現(xiàn)為彈性應變。這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應。
電致伸縮效應也有逆效應,即具有電致伸縮效應的多晶材料在經(jīng)受外加應力產(chǎn)生應變時,其總的極化強度將會發(fā)生變化,即表現(xiàn)為電極化(產(chǎn)生電場)。
因此,電致伸縮效應可以說與電極化現(xiàn)象有關(guān)(自極化)。
壓電式壓力傳感器原理基于壓電效應。壓電效應是某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后,它又會恢復到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場,這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形,電場去掉后,電介質(zhì)的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應。壓電式壓力傳感器的種類和型號繁多,按彈元件和受力機構(gòu)的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成。壓電元件支撐于本體上,由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件,再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關(guān)系的電信號。這種傳感器的特點是體積小、動態(tài)特性好、耐高溫等。現(xiàn)代測量技術(shù)對傳感器的性能出越來越高的要求諧振器、濾波器等頻率控制裝置,是決定通信設(shè)備性能的關(guān)鍵器件,壓電陶瓷在這方面具有明顯的性。它頻率穩(wěn)定性好,精度高及適用頻率范圍寬,而且體積小、不吸潮、壽命長,特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性,使以往的電磁設(shè)備無法望其項背而面臨著被替代的命運。
大家來看一種減震控制器,一般的減振器難以達到平穩(wěn)的效果,而這種ACX減震控制器,通過使用壓電材料,提供了連續(xù)可變的減震功能。一個傳感器以每秒50次的速率監(jiān)測沖擊活塞的運動,如果活塞快速動作,一般是由于行駛在不平地面而造成的快速沖擊,這時需要啟動較大的減震功能;如果活塞運動較慢,則表示路面平坦,只需動用較弱的減震功能。
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