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文档简介

《传感器与检测技术》

项目五压电式传感器主讲人：牛亚莉陕西交通职业技术学院压电陶瓷的工作机理压电材料的分类2024/7/142压电晶体压电陶瓷高分子材料石英晶体（SiO2）钛酸钡（BaTiO3）锆钛酸铅（PZT）聚偏二氟乙烯（PVDF）复合压电材料一、压电陶瓷压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴,它有一定的极化方向,从而存在电场。在无外电场作用时,电畴在晶体中杂乱分布,它们的极化效应被相互抵消,压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性,不具有压电性质。压电陶瓷的工作机理2024/7/144极化前电畴无序排列极化时电畴有序排列极化后电畴基本有序压电陶瓷的工作机理在陶瓷上施加外电场时,电畴的极化方向发生转动,趋向于按外电场方向的排列,从而使材料得到极化。外电场愈强,就有更多的电畴更完全地转向外电场方向。让外电场强度大到使材料的极化达到饱和的程度,即所有电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致。外电场去掉后,电畴的极化方向基本不变,即剩余极化强度很大,这时的材料才具有压电特性。压电陶瓷的工作机理当陶瓷材料（剩余极化很强）受到外力作用时,电畴的界限发生移动,电畴发生偏转,从而引起剩余极化强度的变化,因而在垂直于极化方向的平面上将出现极化电荷的变化。电荷量的大小与外力成正比关系:q=d33F式中:d33——

压电陶瓷的压电系数;F——作用力。压电陶瓷的工作机理2024/7/147压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多,所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。极化处理后的压电陶瓷材料的剩余极化强度和特性与温度有关,它的参数也随时间变化,从而使其压电特性减弱。目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅,它是钛酸钡（BaTiO3)和锆酸铅（PbZrO3）组成，有较高的压电系数和较高的工作温度。压电陶瓷的工作机理2024/7/148

压电陶瓷及其换能器外形

压电陶瓷的工作机理2024/7/14无铅压电陶瓷及其换能器外形9压电陶瓷的工作机理2024/7/1410二、新型压电材料

PVDF是一种有机高分子物性型敏感材料，其名称为聚偏二氟乙烯。1969年由日本学者Kawai首先发现，具有很强的压电特性。与微电子技术结合，能够制成多功能传感元件；与压电陶瓷结合，开拓了复合材料的新领域。应用：电声器件，可进行压力、加速度、温度、水声探测等应用，在生物医学领域广泛应用。优点：高灵敏度；韧性及加工性能好；声阻抗与人体肌肉接近；频带宽；机械强度高；化学特性稳定。

压电陶瓷的工作机理202

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