Piezoelektrischer Quarzkristall
Ein Quarzkristall ist ein piezoelektrisches Material, das eine Spannung erzeugen kann, die der anliegenden Spannung proportional ist. Für die Anwendung muss ein natürlicher Quarzkristall in Form einer dünnen Platte mit rechteckiger oder ovaler Form von gleichmäßiger Dicke geschnitten werden. Jeder Kristall hat drei Achsensätze - optische Achsen, drei elektrische Achsen OX1, OX2 und OX3 mit einem Winkel von 120 Grad zueinander und drei mechanische Achsen OY1, OY2 und OY3 mit einem Winkel von 120 Grad. Die mechanischen Achsen stehen rechtwinklig zu den elektrischen Achsen. Einige der Parameter, die die Art des Kristalls für die Anwendung bestimmen, sind
· Winkel, bei dem der Wafer aus natürlichem Quarzkristall geschnitten wird
· Plattendicke
· Abmessung der Platte
· Montagemittel
Piezoelektrischer Effekt
Die XY-Achse eines piezoelektrischen Kristalls und seine Schneidetechnik ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
XY-Achsen eines piezoelektrischen Kristalls
Die Richtung senkrecht zur größten Fläche ist die Schnittachse.
Wenn eine elektrische Spannung in Richtung einer elektrischen Achse (X-Achse) ausgeübt wird, wird in Richtung der Y-Achse eine mechanische Spannung erzeugt, die senkrecht zur betreffenden X-Achse liegt. Wenn eine mechanische Spannung entlang der Y-Achse ausgeübt wird, werden in ähnlicher Weise elektrische Ladungen auf den Kristallflächen erzeugt, senkrecht zur X-Achse, die rechtwinklig zur Y-Achse liegt.
Einige der Materialien, die den piezoelektrischen Effekt erben, sind Quarzkristall, Rochelle-Salz, Bariumtitanat und so weiter. Die Hauptvorteile dieser Kristalle sind, dass sie hohe mechanische und thermische Zustandsfähigkeit besitzen, hohe Dehnungsgrade, geringen Leckverlust und gute Frequenzantwort usw. aushalten können.
Ein piezoelektrischer Wandler kann in einer der verschiedenen Modi betrieben werden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Piezoelektrischer Kristall
Piezoelektrischer Wandler
Das Hauptprinzip eines piezoelektrischen Wandlers besteht darin, dass eine Kraft, die auf den Quarzkristall ausgeübt wird, elektrische Ladungen auf der Kristalloberfläche erzeugt. Die so erzeugte Ladung kann als Piezoelektrizität bezeichnet werden. Piezoelektrizität kann als elektrische Polarisation definiert werden, die durch mechanische Beanspruchung bestimmter Kristallklassen erzeugt wird. Die erzeugte Ladungsrate ist proportional zu der als Eingabe angewendeten Kraftänderungsrate. Da die erzeugte Ladung sehr klein ist, wird ein Ladungsverstärker benötigt, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die groß genug ist, um gemessen zu werden. Die Vorrichtung ist auch als mechanisch steif bekannt. Wenn zum Beispiel eine Kraft von 15 KiloN auf den Wandler ausgeübt wird, darf dieser nur bis zu 0,002 mm durchbiegen. Die Ausgangsantwort kann jedoch bis zu 100 kHz betragen. Dies beweist, dass das Gerät für dynamische Messungen am besten geeignet ist.
Die Figur zeigt einen herkömmlichen piezoelektrischen Wandler mit einem zwischen einer festen Basis und dem Kraftsummierelement eingesetzten piezoelektrischen Kristall. Wenn eine Kraft auf den Druckanschluss ausgeübt wird, fällt dieselbe Kraft auf das Kraftsummierelement. Dadurch wird aufgrund seiner Eigenschaft eine Potentialdifferenz auf dem Kristall erzeugt. Die erzeugte Spannung ist proportional zur Größe der aufgebrachten Kraft.
Piezoelektrischer Wandler
Piezoelektrischer Wandler kann Druck messen auf die gleiche Weise a Macht oder ein Beschleunigung kann gemessen werden. Bei einer Niederdruckmessung sollten mögliche Schwingungen der Menge kompensiert werden. Der Druckmessquarzscheibenstapel ist durch eine Membran dem Druck ausgesetzt und auf der anderen Seite dieses Stapels folgt die Ausgleichsmasse gefolgt von einem Ausgleichsquarz.
Anwendungen
Aufgrund seines hervorragenden Frequenzgangs wird er normalerweise als Beschleunigungsmesser verwendet, bei dem die Ausgabe in der Größenordnung von (1-30) mV pro Beschleunigungsschwere liegt.
2. Die Vorrichtung ist normalerweise für den Einsatz als vorgespannter Bolzen ausgelegt, so dass sowohl Zug- als auch Druckkraftmessungen durchgeführt werden können.
3. Kann zur Messung von Kraft, Druck und Weg verwendet werden in Bezug auf die Spannung.
Vorteile
1. Sehr hohe Frequenzantwort.
2. Selbsterzeugung, daher keine externe Quelle erforderlich.
3. Einfach zu verwenden, da sie kleine Abmessungen und einen großen Messbereich haben.
4. Bariumtitanat und Quarz können in jeder gewünschten Form und Form hergestellt werden. Es hat auch eine große Dielektrizitätskonstante. Die Kristallachse kann durch Ausrichtung der Orientierungsrichtung ausgewählt werden.
Ein LTRASONIC-Wandler kann an Ihre Anwendungen angepasst werden, den passenden Typ anpassen und Ihnen eine professionelle Lösung bieten.
