new06第六讲压电陶瓷的的应用.ppt

第六讲 压电陶瓷应用; 某些物质沿其一定的方向施加压力或拉力时，随着形变的产生，会在其某两个相对的表面产生符号相反的电荷（表面电荷的极性与拉、压有关），当外力去掉形变消失后，又重新回到不带电的状态，—— 机械能转变为电能；反之，在极化方向上（产生电荷的两个表面）施加电场，它又会产生机械形变，——电能转变为机械能。具有压电效应的物质（电介质）称为压电材料。; 二、压电材料的压电常数 石英晶体是一种各向异性的（压电材料）介质，在三维直角坐标系内的力 —— 电作用状态如图所示：;1.物理机制 ⑴石英晶体：如图示，晶体内部正负离子的偶极矩在外力的作用下由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性被破坏，从而使其在一些特定的方向上的晶体表面出现剩余电电荷而产生的。; ⑵压电陶瓷： 压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体??不相同，未经极化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后，剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极化方向平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。; ⑶ 两种压电材料的特点 石英晶体：居里点温度高（高达573℃），稳定性好，无热释电现象。但压电常数小，成本高。 压电陶瓷：压电常数大，成本低。但居里点温度低，稳定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。利用热释电现象特性可以制作热电传感器，如红外探测。;原理和应用;继续:日常应用;等效电路; 根据高频电子线路的知识我们知道，石英晶体的交流等效回路是LCR电路，存在两个谐振频率：串联谐振频率ωS 和并联谐振频率ωP 。当ωωS 时阻抗特性为容性； ωS ωωP 时阻抗特性为感性，ωS ～ωP (工作区间)很窄。常用的压电材料的弹性模量较大，惯性质量较小，所以固有频率较高，频响特性较好。但由于输出阻抗太高，所以对测量电路要求也很高。;电子钟表的工作原理;电子表分为四代;继续:超声设备;超声设备;超声波加工装置及原理录象;;单相驱动超声旋转马达录象;;;;压电陶瓷薄膜具有大的压电常数和机电耦合系数。;继续:超声波与换能器;超声传感器;;;;; 超声波是一种频率高于人的可听声波频率范围的声波。（频率高于20000 Hz ）;①声纳　　 人们利用超声波定向性好，在水中传播距离远特点制成声纳，可以发现潜艇和鱼群，还可以测绘海底形状。 ;③超声波速度测定器　 　利用超声波的多普勒效应制成速度测定器，交警在高速公路上测定车辆的速度。 ;⑤超声波焊接器　　超声波还能使塑料膜之间摩擦生热，粘合在一起，制成超声波焊接器。 ;可以击碎结石和体内脂肪的声学振荡器 ;超声无损探伤 ; 图A是超声波在试块中传播的示意图。图B为示波器接收得到的超声波信号。S称为始波，t0为电脉冲施加在压电晶片的时刻，也是发射超声波始波的初始时刻，B1称为试块的1次底面回波， t1是超声波传播到试块底面，又发射回来，被同一个探头接收的时刻。因此， t1对应于超声波在试块内往复传播的时间； B2 称为试块的2次底面回波，它对应超声波在试块内往复传播到;超声波检测仪 (a)、 (b)、 (c) 数字式超声检测仪； (d) 探伤小车 ;各种探头 (a) 纵波直探头； (b) 横波斜探头； (c) 双晶探头 ;复合材料的C扫描图;;CT探伤成像;超声波探伤;A型超声波探伤;钢轨探伤车;高速钢轨探伤车;铁路钢轨探头; 管道环焊缝超声波检测装置;超声探伤仪;构件的超声探伤; 构件的超声探伤;构件的超声探伤;探头回波脉冲形状和频谱包络;超声探伤的计算;继续;压电陶瓷点火器;点火器工作过程分高压产生、放电点火和点燃可燃气体三个阶段。高压产生——以圆柱形压电陶瓷元件为例，如图5-2所示。当机械力F作用于圆柱体时，晶体发生畸变，导致晶体中正负电荷中心偏移，从而在圆柱体上下表面出现自由电荷大量积聚，产生高压输出。????放电点火——把压电陶瓷元件放在一个闭合回路中，并留一个适当间隙，当电压升高到该间隙的放电电压时，间隙中就产生放电火花。 ;???? （2）点火器结构和工作原理点火器种类繁多，现以家用压电点火器为例说明它的结构和工作原理。 如图所示的点火器，可固定在家用灶具上点燃煤气，转动凸轮开关1，利用凸轮凸出部分推动冲击块3，并压缩冲击块后的弹簧2。当凸轮凸出部分脱离冲击块后。由于弹簧弹力