Bahan apa yang digunakan dalam sensor ketegangan piezoelektrik?

Menu Kandungan

● Pengenalan kepada bahan piezoelektrik

● Bahan piezoelektrik dalam sensor ketegangan

>> 1. Seramik Piezoelektrik (PZT)

>> 2. Bahan kristal tunggal (kuarza, gallium fosfat)

>> 3. Bahan Polimer (PVDF)

● Aplikasi sensor ketegangan piezoelektrik

● Pertimbangan reka bentuk untuk sensor ketegangan piezoelektrik

● Cabaran dan batasan

● Perkembangan masa depan

● Kesimpulan

● Soalan Lazim

>> 1. Apakah kesan piezoelektrik?

>> 2. Bahan apa yang biasa digunakan dalam sensor piezoelektrik?

>> 3. Apakah batasan sensor piezoelektrik?

>> 4. Bagaimana sensor piezoelektrik digunakan dalam aplikasi perindustrian?

>> 5. Apakah arahan masa depan dalam penyelidikan bahan piezoelektrik?

● Petikan:

Sensor ketegangan piezoelektrik adalah peranti yang menukar tekanan mekanikal ke dalam isyarat elektrik, memanfaatkan kesan piezoelektrik. Fenomena ini berlaku dalam bahan yang menghasilkan caj elektrik sebagai tindak balas kepada ubah bentuk mekanikal, seperti tekanan atau ketegangan. Pilihan bahan untuk sensor ini adalah penting kerana ia menentukan kepekaan, ketahanan, dan pelbagai operasi mereka. Dalam artikel ini, kami akan meneroka pelbagai bahan yang digunakan Sensor ketegangan piezoelektrik , sifat, dan aplikasi mereka.

Pengenalan kepada bahan piezoelektrik

Bahan piezoelektrik boleh dikategorikan secara meluas kepada tiga jenis utama: kristal, seramik, dan polimer. Setiap jenis mempunyai sifat dan aplikasi yang unik.

- Bahan Kristal: Ini termasuk bahan semulajadi seperti kuarza dan turmalin, yang telah digunakan secara sejarah kerana sifat piezoelektrik mereka. Walau bagaimanapun, mereka kurang sensitif berbanding dengan bahan seramik tetapi menawarkan kestabilan jangka panjang yang lebih baik.

- Bahan seramik: Seramik piezoelektrik yang paling biasa adalah titanate zirkonat utama (PZT), barium titanate, dan titanate utama. Bahan -bahan ini mempunyai kepekaan yang tinggi dan digunakan secara meluas dalam sensor dan penggerak. Walau bagaimanapun, mereka rapuh dan mempunyai suhu curie yang lebih rendah, mengehadkan penggunaannya dalam aplikasi suhu tinggi.

- Bahan polimer: Polimer seperti polyvinylidene fluoride (PVDF) menawarkan fleksibiliti dan boleh dibentuk dengan mudah ke dalam pelbagai bentuk. Mereka mempunyai modulus Young yang lebih rendah berbanding dengan seramik, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kepekaan voltan tinggi.

Bahan piezoelektrik dalam sensor ketegangan

Sensor ketegangan piezoelektrik menggunakan bahan -bahan ini untuk mengukur ketegangan atau ketegangan dalam struktur. Sensor menukarkan tegasan mekanikal ke dalam isyarat elektrik, yang kemudian diproses untuk memberikan maklumat mengenai daya yang digunakan.

1. Seramik Piezoelektrik (PZT)

- Seramik PZT digunakan secara meluas dalam sensor piezoelektrik kerana sensitiviti tinggi dan kemudahan fabrikasi mereka. Mereka boleh dibentuk ke dalam pelbagai bentuk dan saiz, menjadikannya serba boleh untuk aplikasi yang berbeza.

- Seramik PZT mempunyai pemalar piezoelektrik yang tinggi, yang penting untuk menukar tekanan mekanikal ke dalam isyarat elektrik dengan cekap. Walau bagaimanapun, kepekaan mereka merosot dari masa ke masa, terutamanya pada suhu tinggi.

2. Bahan kristal tunggal (kuarza, gallium fosfat)

Bahan tunggal kristal seperti kuarza dan galium fosfat menawarkan kestabilan jangka panjang yang tinggi dan kurang sensitif terhadap perubahan suhu berbanding dengan seramik PZT. Mereka sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengukuran yang tepat dalam tempoh yang panjang.

3. Bahan Polimer (PVDF)

PVDF adalah polimer fleksibel yang boleh digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kepekaan voltan tinggi dan kekakuan mekanikal yang rendah. Ia sesuai untuk mengesan biosignals dan boleh diintegrasikan ke dalam peranti yang boleh dipakai.

Aplikasi sensor ketegangan piezoelektrik

Sensor ketegangan piezoelektrik mencari aplikasi dalam pelbagai industri kerana keupayaan mereka untuk mengukur perubahan dinamik dalam tekanan mekanikal dengan tepat.

- Aeroangkasa dan automotif: Digunakan dalam analisis getaran dan sistem pengukuran tekanan.

- Peranti perubatan: Digunakan dalam pengimejan ultrasound dan pengesanan biosignal.

- Proses Perindustrian: Digunakan untuk tekanan pemantauan dan getaran dalam jentera.

Pertimbangan reka bentuk untuk sensor ketegangan piezoelektrik

Apabila mereka bentuk sensor ketegangan piezoelektrik, beberapa faktor mesti dipertimbangkan:

- Pemilihan bahan: Pilihan bahan mempengaruhi kepekaan sensor, julat suhu operasi, dan ketahanan.

- Geometri sensor: Bentuk dan saiz sensor mempengaruhi sifat mekanikal dan output elektriknya.

- Penyaman isyarat: Elektronik luaran diperlukan untuk menguatkan dan memproses isyarat elektrik yang dihasilkan oleh sensor.

Cabaran dan batasan

Walaupun kelebihan mereka, sensor ketegangan piezoelektrik mempunyai beberapa batasan:

- Sensitiviti suhu: Output sensor piezoelektrik boleh berubah dengan suhu, yang memerlukan pampasan terma dalam beberapa aplikasi.

- Pengukuran statik: Sensor piezoelektrik tidak sesuai untuk pengukuran statik kerana caj kebocoran dari masa ke masa.

- Impedans Tinggi: Elektronik khusus diperlukan untuk mengendalikan impedans tinggi sensor ini.

Perkembangan masa depan

Penyelidikan sedang dijalankan untuk membangunkan bahan piezoelektrik baru dengan sifat yang lebih baik, seperti kepekaan dan kestabilan yang lebih tinggi. Seramik bebas dan polimer canggih sedang diterokai untuk potensi mereka dalam mengesan aplikasi.

Kesimpulan

Sensor ketegangan piezoelektrik adalah peranti serba boleh yang memanfaatkan kesan piezoelektrik untuk mengukur tekanan mekanikal. Pilihan bahan adalah kritikal, dengan pilihan dari seramik PZT hingga bahan kristal tunggal dan polimer seperti PVDF. Setiap bahan menawarkan kelebihan yang unik dan sesuai untuk aplikasi yang berbeza. Sebagai kemajuan teknologi, kita boleh mengharapkan untuk melihat inovasi lanjut dalam bahan piezoelektrik dan aplikasi mereka.

Soalan Lazim

1. Apakah kesan piezoelektrik?

Kesan piezoelektrik adalah fenomena di mana bahan -bahan tertentu menjana cas elektrik sebagai tindak balas kepada tekanan mekanikal, seperti tekanan atau ketegangan.

2. Bahan apa yang biasa digunakan dalam sensor piezoelektrik?

Bahan biasa termasuk seramik PZT, kuarza, gallium fosfat, dan polimer PVDF. Setiap bahan mempunyai set sifat dan aplikasi tersendiri.

3. Apakah batasan sensor piezoelektrik?

Sensor piezoelektrik tidak sesuai untuk pengukuran statik kerana kebocoran caj, sensitif terhadap perubahan suhu, dan memerlukan elektronik khusus kerana impedans yang tinggi.

4. Bagaimana sensor piezoelektrik digunakan dalam aplikasi perindustrian?

Mereka digunakan untuk analisis getaran, pengukuran tekanan, dan pemantauan kesihatan jentera dalam industri seperti aeroangkasa, automotif, dan pembuatan.

5. Apakah arahan masa depan dalam penyelidikan bahan piezoelektrik?

Penyelidikan memberi tumpuan kepada membangunkan seramik bebas plumbum, meningkatkan kestabilan material, dan meneroka aplikasi baru dalam penuaian tenaga dan teknologi penderiaan lanjutan.

Petikan:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/piezoelectric_sensor

[2] https://catalogue.meggittsensing.com/shop/sensors-and-signal-conditioners/dynamic-pressure-sensors/cp235-piezoelectric-pressure-transducer/

[3] https://piezodirect.com/understanding-the-components-of-piezoelectric-transducers/

[4] https://www.youtube.com/watch?v=dv-lsgibau0

[5] https://www.electronicsforu.com/technology-trends/learn-electronics/piezoelectric-sensor-basics

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_piezoelectric_materials

[7] https://www.americanpiezo.com/apc-materials/apc-materials-for-sensing-applications/

[8] https://catalogue.meggittsensing.com/shop/sensors-and-signal-conditioners/dynamic-pressure-sensors/cp103-piezoelectric-pressure-transducer/

[9] https://www.youtube.com/watch?v=jorvcys5pb8

[10] https://www.piezoskin.com/en/piezoelectric-applications-sensors

[11] https://www.murata.com/products/sensor/picoleaf

[12] https://www.youtube.com/watch?v=xoomtait3kg

[13] https://my.avnet.com/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/core-technologies/piezoelectric/

[14] https://navapadol.files.wordpress.com/2016/01/chapter-02-02.pdf

[15] https://www.ulprospector.com/knowledge/2689/pe-piezoelectric--terial/

[16] https://www.te.com/en/product-cat-pfs0006.html

[17] https://www.kistler.com/int/en/piezoelectric-pressure-sensor/c00000138

[18] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100864

[19] https://www.ti.com/lit/an/sloa033a/sloa033a.pdf

[20] https://www.mdpi.com/1424-8220/23/1/543

[21] https://www.americanpiezo.com/blog/how-pieezoelectric-sensors-work/

[22] https://www.strainsense.co.uk/sensors/pressure-sensors/piezoelectric-pressure-sensors/

[23] https://www.shutterstock.com/search/piezoelectric-sensor

[24] https://www.youtube.com/watch?v=yqvidzi8_lk

[25] https://stock.adobe.com/search?k=piezoelectric

[26] https://www.youtube.com/watch?v=70CC210UI_O

[27] https://www.he-shuai.com/application-of-piezoelectric-sensors-in-automobiles/

[28] https://www.youtube.com/watch?v=3yclafsxyee

[29] https://www.variohm.com/news-media/technical-blog-archive/piezo-sensor-applications-

[30] https://dte.com.pl/en/product/piezoelectric-sensor-sp-312/

[31] https://www.youtube.com/watch?v=6xhjyqreznm

[32] https://iconprocon.com/blog-epost/understanding-piezoelectric-submersible-re-sensors-how-they-work-and-their-technical-components/