Materiales PZT-5 y PZT-5H con alta sensibilidad y grandes desplazamientos
Las aplicaciones de detección son uno de los usos principales de los materiales cerámicos piezoeléctricos [blandos " . Los materiales piezoeléctricos se clasifican como un material [blando" o un material [duro "según las propiedades físicas y piezoeléctricas que exhiben.
Las cerámicas de detección se caracterizan por tener factores de acoplamiento electromecánicos más grandes, constantes piezoeléctricas más grandes, permitividad más alta, constantes dieléctricas más grandes, pérdidas dieléctricas ligeramente mayores y factores de calidad mecánica más bajos. Las cerámicas de detección producen desplazamientos más grandes, en comparación con las cerámicas duras, pero algunas exhiben una histéresis mayor y son más susceptibles a la despolarización por calentamiento bajo ciclos de trabajo elevados y / o estrés. Generalmente, los factores de disipación más altos limitan el uso de cerámica de detección en aplicaciones que requieren campos eléctricos elevados.
La empresa Yuhai ofrece dos materiales piezoeléctricos para su uso en aplicaciones de detección: PZT-5 y PZT-5H . PZT-5 es el material de elección para la mayoría de las aplicaciones de detección. Tiene la mejor combinación general de propiedades y debería ser el primer material a probar para detectar. PZT-5H ofrece una mayor sensibilidad, con algunas limitaciones. Tiene menor temperatura de uso, mayor constante dieléctrica y mayor factor de disipación. Si estas limitaciones son aceptables, entonces PZT-5H puede ser el material a utilizar.
Aplicaciones típicas de los sensores piezoeléctricos
Los materiales de detección de Yuhai se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones. Las aplicaciones se pueden dividir en dos categorías de uso general:
Activo - Cerámica utilizados en aplicaciones de detección activa miden el tiempo de vuelo de una respuesta de eco de pulso o entre un transmisor y un receptor. Las cerámicas piezoeléctricas utilizadas como transmisor normalmente funcionan a su frecuencia de resonancia, mientras que los sensores utilizados como receptores normalmente funcionan en un modo antirresonante. Ejemplos de cerámicas piezoeléctricas utilizadas en una aplicación de detección activa incluyen:
- Sensores de flujo y medidores de flujo
- Medidores de espesor
- Sensores de nivel
- Ultrasonido médico de diagnóstico
Pasiva : las cerámicas utilizadas en aplicaciones de detección pasiva operan por debajo de su frecuencia de resonancia, lo que da como resultado una respuesta de banda más amplia. Esto permite que la cerámica reciba una señal en un amplio rango de frecuencias. Ejemplos de cerámicas piezoeléctricas utilizadas en una aplicación de detección pasiva incluyen:
- Acelerómetros
- Hidrófonos
- Micrófonos
- Pastillas musicales
Información básica del sensor piezoeléctrico
Los sensores piezoeléctricos típicos generarán una señal solo cuando experimenten un cambio en la fuerza o presión aplicada. Bajo una entrada estática, los portadores de carga libres en el elemento cerámico migran hacia los dipolos, neutralizando las cargas en los dipolos y, por lo tanto, descargando eléctricamente el elemento de manera efectiva. La carga se drenará a través de la resistencia de entrada del dispositivo utilizado para medir la señal del sensor. Un estrés altera el estado de equilibrio y restaura la carga eléctrica, pero si se mantiene el estrés, la carga se drenará nuevamente. En la práctica, los sistemas para medir señales de baja frecuencia (frecuencias de entrada muy por debajo de la frecuencia de resonancia del sistema) se describen convenientemente mediante la constante de tiempo. La constante de tiempo del sistema es el producto de la capacitancia del elemento cerámico y la resistencia de entrada del circuito electrónico. Como regla general, la constante de tiempo debe ser 1/10 del período de tiempo de la señal de entrada. Por ejemplo, para medir una señal con una frecuencia de 10 Hz, la constante de tiempo debe ser inferior a un segundo. Hay tres alternativas que mantienen la resistencia de entrada aceptablemente baja, al tiempo que permiten medir las entradas de baja frecuencia: construir el sensor a partir de múltiples capas conectadas en paralelo, incorporar un amplificador de carga en el sistema o incorporar un capacitor en el sistema, en paralelo con el sensor.
