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從研發(fā)認識計為

應用于料位開關(guān)的壓電陶瓷的測量

2014-07-25

  壓電陶瓷是振動式料位開關(guān)驅(qū)動音叉探頭振動和檢測器振動的關(guān)鍵部件。對壓電陶瓷片關(guān)鍵參數(shù)進行檢測是其研發(fā)和生產(chǎn)過程中重要一環(huán)。衡量壓電陶瓷的性能參數(shù),通常有,壓電常數(shù)d,機電耦合系數(shù)kp,品質(zhì)因數(shù)Qm以及居里溫度Tc等等。其中,壓電常數(shù)d,機電耦合系數(shù)kp,品質(zhì)因數(shù)Qm以及居里溫度Tc是由其材料特性決定的,而介電常數(shù)ε不僅與材料特性有關(guān),還與壓電陶瓷幾何形狀相關(guān)。在研發(fā)和生產(chǎn)中,往往通過測量靜態(tài)電容值來衡量壓電陶瓷性能,靜態(tài)電容由壓電陶瓷的介電常數(shù)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(huán)節(jié)。
應用于料位開關(guān)的壓電陶瓷的測量

  通常,可以通過LCR數(shù)字電橋來準確測量壓電陶瓷的電容值。壓電陶瓷的靜態(tài)電容測量結(jié)果與測量環(huán)境密切相關(guān),比如濕度和空氣流動,使測量結(jié)果往往極不穩(wěn)定,顯示的測量電容值跳變狀態(tài)。為減少測量誤差,可以設(shè)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(shù)值跳變大,經(jīng)過秒級時間后跳變范圍明顯變小,最后只會在最后2位數(shù)上發(fā)生跳變。對跳變數(shù)據(jù),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(jié)果為1647皮法。

  在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中,壓電組件是通過機械固定的預緊力來實現(xiàn)其對特定振動探頭實施驅(qū)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(qū)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(tài)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(tài)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(shù)字電橋電容表測出壓電陶瓷片的靜態(tài)電容C0,再慢慢對壓電陶瓷片進行預緊,并注意觀察其靜態(tài)電容的變化,當電容值達到(1~1.05)C0范圍內(nèi)時,這時預緊力達到最佳。預緊力太小,壓電陶瓷輸出的驅(qū)動力較??;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(fā)生產(chǎn)各種振動式物位開關(guān)、射頻導納料位開關(guān)外,還生產(chǎn)高品質(zhì)(防護等級達到IP66/IP67)的磁翻板液位計。


(深圳計為自動化技術(shù)有限公司研發(fā)中心2014年7月25日發(fā)布)

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