6.1.2-3-4 石英晶体-压电陶瓷-压电传感器

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6.1.3 压电陶瓷
压电陶瓷是一种人工制造的多晶压电材料，它由无数个 细微的单晶组成。材料内部的晶粒有许多自发极化的电 畴，在无电场作用时，电畴在晶体中杂乱分布，它们的 极化效应被相互抵消，因此原始的压电陶瓷呈中性，不 具有压电性质。
目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅，居里温度 点300℃，性能稳定，有较高的介电常数和压电系数。
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压电陶瓷可以按受力和变形的不同形式制成各种形状 的压电元件。
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6.1.4 压电式传感器 压电式传感器的基本原理就是利用压电材料的压电效
应，当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷输 出。
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• 为了提高灵敏度，常把几片同型号的压 电元件组合使用：并联和串联。
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并联使用时，电荷量增加一倍，电容量也增加一倍， 输出电压不变，适合测量慢变信号并以电荷作为输出 的场合；
串联使用时，电荷量不变，电容量减小一半，输出电 压增大一倍，适用于以电压作输出信号，并且测量电 路输入阻抗很高的场合。
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qx d11Fx
横向压电效应：沿机械轴Y方向施加力的作用产 生的压电效应称为横向压电效应。
qy
d12
a b
Fy
d11---x方向受力的压电系数； d12---y方向受力的压电系数；
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当石英晶体不受力时，正负电荷重心重合，电偶极矩的矢量和等于零。 P1+P2+P3=0. 当受到X方向的压力作用时，P1减小，P2,P3增大，在X轴正方向出现负电荷； 当受到Y方向的压力作用时，P1增大，P2,P3减小，在X轴正方向出现正电荷。
6.1.2 石英晶体（SiO2）
优点：
绝缘性能好，机械强度高； 压电温度系数小，居里温度点高；
缺点：
资源少，价格较贵； 压电系数低。
只在标准传感或精度要求较高的传感器中使用。
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石英晶体是一个正六面体，各个方向的特性是不同 的。
Z—光轴
X—电轴
Y—机械轴
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纵向压电效应：沿电轴X方向施加力的作用产生 的压电效应称为纵向压电效应。
必须对压电陶瓷进行极化处理，在陶瓷上施加外电场。 在压电传感器中多采用钛酸钡及锆钛酸铅压电陶瓷作为
压电元件。
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电荷量与外力的关系：
q d33F
d33——压电陶瓷的压电系数。
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压电陶瓷特性
钛酸钡的压电系数是石英的50倍，但居里温度点只有 115℃，使用温度不超过70℃，温度稳定性和机械强 度都不如石英。