锆钛酸铅系压电陶瓷PZT-PPT幻灯片课件

压电元件在承受沿敏感轴方向的外力作用时，将产生电荷，因此它相当 于一个电荷源。当压电元件表面聚集电荷时，它又相当于一个以压电材料为
介质的电容器，两电极板间的电容Ca为
Ca
r0 A
式中
A——压电元件电极面积；
——压电元件厚度； r——压电材料的相对介电常数； 0——真空介电常数。
压电元件的等效电路
第一节 压电传感器的概述
压电式传感器的特点：
是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压 电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产 生电荷，从而实现电量电测的目的。
压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终 能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、动 态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的 测量。
压电效应
压力时的情况相同
无论是沿x轴方向施加力，还是沿y轴方向施加力，电荷只产生在x面上。 光轴（z轴）方向受力时，由于晶格的变形不会引起正负电荷中心的分离， 所以不会产生压电效应。
对压电元件施加交变力，产生交变电荷
交变外力作用在压电元件上，可以产生交变的电
荷Q，在上下镀银的表面上产生交变电压。
产生的交变电荷的变化频率与交变力的频率相同， 等效于交变电荷源。
由于压电传感器的输出电压与压电片的极间电容Ca以及传输线的对地分布电 容Cc有关，如果接入普通的电压放大电路，将受到很多外界因素的影响。
现在多采用“电荷放大器”来将压电传感器输出的电荷转换为电压，属 于Q/U转换器，但并无放大电荷的作用，只是一种习惯叫法。
第三节 压电传感器的测量转换电路
压电元件的极间电容
无铅压电陶瓷
锆钛酸钡钙的压电系数达到600pC/N，压电性 能已超过了世界上已使用半个世纪、但对人体和环境 有害的核心压电材料锆钛酸铅陶瓷（250pC/N）。无 铅压电陶瓷取代铅基压电陶瓷已成为必然的趋势。

压电陶瓷的压电原理及其制作工艺
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
Hale Waihona Puke

压电材料的主要特性参数
➢ 压电常数 ➢ 弹性常数 ➢ 介电常数 ➢ 机电耦合系数 ➢ 电阻 ➢ 居里点
1）、压电常数d33
压电常数是反映力学量（应力或应变）与电学量（电 位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。
当沿压电陶瓷的极化方向（z轴）施加压应力T3时，
在电极面上产生电荷，则有以下关系式：
D3 d33T3
在32种点群的晶体中，只有20种非中心对称点 群的晶体才有压电效应。
将这些原材料在高温下致密烧结，制成陶瓷， 并将制好的陶瓷在直流高压电场下进行极化处 理，才能成为压电陶瓷。
常用的压电陶瓷有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅 以及三元系压电陶瓷等。
1先9后42在年美，国第、一前个苏压联电和陶日瓷本材制料成—，—但钛其酸压钡电（性Ba随Ti温O3度） 变化较大。
120℃以下，BaTiO3晶体 结构稍有畸变，为四方 结构，Ba2+和Ti4+相对于 O2-产生了一个位移，结 果沿C 轴方向正负电荷 中心不重合，产生了极 化（自发极化），通常 把这种转变温度称为居 里温度或居里点（Tc）。
120℃到5℃自发极化沿 C轴[001]方向。
铁电晶体中存在着自发极化 方向不同的小区域，那些自 发极化方向相同的区域称为 电畴（黑色粗线为畴壁）。
2）、机电耦合系数Kp
机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦
合关系的物理量，是压电材料进行机—电能量转换能力的反映。 机电耦合系数的定义是：
K
2
通过逆压电效应转换所 得的机械能 转换时输入的总电能
或
K2
通过正压电效应转换所 得的电能 转换时输入的总机械能
压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶瓷 体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式将有相 应的机电耦合系数。

壓電式平面喇叭與傳統線圈式喇叭特性比較表
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DMA應用實例
N506i V501T
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致動器型態
Transverse Wafer Longitudinal Wafer
Stack Actuator Bimorph (extension) Bimorph (bending)
Converse piezo effect
Direct piezo effect
resonant frequency
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壓電變壓器昇壓比
Avo ＝V2 /V1=(4/π2)× m × 31 × 33 × /t (無負載) Q k k L Av ＝ (1/2) Avo Av ＝ Avo / (
Frequency Response – DMA vs MICROSPEAKER
dB Level S patalaver , i age S P L 0. 5m 110 Level S P L dB , 130
100
DMA Speaker
120
90
110
80
70
Cone Microspeaker
100
90
60 20 50 100 500 1k 5k
80 10k 20k Fr equency H z
Actual measured results mainstream notebook PC. Two DMAs attached to rear lid.
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