通过控制它的成分和烧结条件等手段,陶瓷的微观结构比较容易调节。微观结构对陶瓷的所有特性都有重大影响,包括它们的电学、磁性、光学、热学和机械性能。由于陶瓷材料的耐高温和抗恶劣环境影响能力很强,所以常常将它们用于高温环境下的处理过程。陶瓷主要是由价格便宜的材料制备而成的,这就是说用它生产的传感器价格也将比较低廉。
1.压电陶瓷传感器工作原理
压电陶瓷传感器实质上是一个电荷发生器,它利用锆钛酸铅固溶体的压电效应,将机械能转换成电能。当压电传感器中的压电陶瓷承受被测机械应力的作用时,在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷,我们可以把压电传感器看成一个静电发生器,也可以把它视为两极板上聚集异性电荷,中间为绝缘体的电容器。因此,压电传感器可以等效地看做一个电压源U和一个电容器C的串联电路。
压电陶瓷压力传感器的工作原理:让传感器的工作端面感受(冲击)压力,传感器产生电荷(或电压),测试系统对这一电荷(或电压)进行放大,然后转换成压力、加速度、机械冲击和振动等物理量。
2.压电陶瓷传感器的特点
压电陶瓷压力传感器具有体积小、频率响应快、无须外加电源、不发热、无噪声、灵敏度高等特点。
1、能充分吸收人射的红外线。
2、为了使吸收的单位热能对应大的温度上升幅度,热释电材料体积比热应小,且便于加工成微型或薄膜化元件。
3、与温度变化相对应的表面电荷变化应大,即热释电系数=dPr/dT大。室温的Pr(剩余极化)大,(居里温度)适当高时,λ 变大。当Tc低,λ 大时,Tc低使工作温度受到限制,且的温度变化率大。
4、与表面电荷变化相应的电容应小,使之能产生大的电压。
3.压电陶瓷传感器应用
压电材料有单晶和多晶两种。前者以石英晶体为代表,其特点是温度稳定性和老化性能好,且Q值极高;后者以钛锆酸铅压电陶瓷为代表,其特点是容易制作,性能可调,便于批量生产。压电材料已广泛用于力敏、声敏、热敏、光敏、湿敏和气敏等传感器。