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應用于料位開關的壓電陶瓷的測量

2014-07-25

  壓電陶瓷是振動式料位開關驅動音叉探頭振動和檢測器振動的關鍵部件。對壓電陶瓷片關鍵參數進行檢測是其研發和生產過程中重要一環。衡量壓電陶瓷的性能參數,通常有,壓電常數d,機電耦合系數kp,品質因數Qm以及居里溫度Tc等等。其中,壓電常數d,機電耦合系數kp,品質因數Qm以及居里溫度Tc是由其材料特性決定的,而介電常數ε不僅與材料特性有關,還與壓電陶瓷幾何形狀相關。在研發和生產中,往往通過測量靜態電容值來衡量壓電陶瓷性能,靜態電容由壓電陶瓷的介電常數和其幾何外形冊寸決定。因此,如何準確測量電容值是壓電陶瓷應用中的必要環節。
應用于料位開關的壓電陶瓷的測量

  通常,可以通過LCR數字電橋來準確測量壓電陶瓷的電容值。壓電陶瓷的靜態電容測量結果與測量環境密切相關,比如濕度和空氣流動,使測量結果往往極不穩定,顯示的測量電容值跳變狀態。為減少測量誤差,可以設計如圖專用的壓電陶瓷夾具,用電橋電纜兩個夾子夾住自制夾具的兩個電極,將壓電陶瓷放入夾具的兩個銅片中來測量。壓電陶瓷片剛插入夾具時,數值跳變大,經過秒級時間后跳變范圍明顯變小,最后只會在最后2位數上發生跳變。對跳變數據,可以取跳變位的最大最小值平均值得方法進行記錄。如16xx皮法,xx是跳變位,其變化在20~54時,則測量結果為1647皮法。

  在產品結構中,壓電組件是通過機械固定的預緊力來實現其對特定振動探頭實施驅動和檢測的。給壓電器件施加不同的預緊力對其振動特性有較大的影響。比如驅動體工作頻率隨著力矩的變化而變小。需要特別指出的是,隨著螺栓擰緊力矩的增大,壓電陶瓷片的靜態電容先是減小,當減小到一定值時,隨著擰緊力矩的增大,又逐漸增大。利用壓電陶瓷的這種電特性,在進行壓電器件的裝配時,可以方便地找到較合適的預緊力。一般地,使壓電陶瓷組的靜態電容達到(1~1.05)C0時的預緊力為最佳的。在進行壓電器件的裝配時,預緊前,首先應用數字電橋電容表測出壓電陶瓷片的靜態電容C0,再慢慢對壓電陶瓷片進行預緊,并注意觀察其靜態電容的變化,當電容值達到(1~1.05)C0范圍內時,這時預緊力達到最佳。預緊力太小,壓電陶瓷輸出的驅動力較小;預緊力過大,會影響壓電陶瓷的振動,且壓電片容易破碎。

  計為自動化除研發生產各種振動式物位開關射頻導納料位開關外,還生產高品質(防護等級達到IP66/IP67)的磁翻板液位計


(深圳計為自動化技術有限公司研發中心2014年7月25日發布)

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