Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
II. Một số loại vật liệu áp điện tiêu biểu

II. Một số loại vật liệu áp điện tiêu biểu

Tải bản đầy đủ - 0trang

Họ gốm thường được dùng để chế tạo cảm biến đó là PZT (hỗn hợp

ơxít chì, zirconi và titan). Cơng thức chung của họ gốm này là PbTi1-xZrxO3,

giá trị của x xấp xỉ 0,5 nó quyết định tính chất vật lí và tính chất nhiệt của vật

liệu.

PZT có những ưu điểm sau:

- Độ nhạy cao;

- Độ thẩm thấu lớn nên cảm biến có điện dung cao do vậy ít chịu

ảnh hưởng của điện dung kí sinh;

- Độ bền cơ học cao;

- Có thể điều chỉnh nhiệt độ Curie bằng cách thay đổi tỉ lệ thành

phần;

Tuy nhiên họ gốm này cũng có một số nhược điểm sau:

- Mơđun áp điện và độ thẩm thấu điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ;

- Có sự trễ nhiệt nghĩa là các đặc trưng của gốm phụ thuộc vào chế

độ nhiệt trước đó. Đặc tính này làm tăng độ già hóa của vật liệu [3].



Chương 2

CẢM BIẾN ÁP ĐIỆN

I. Những biến dạng cơ bản và những cách ghép nối các phiến áp điện

Các biến dạng cơ bản của các bản áp điện xác định chế độ làm việc của

các bản áp điện.



+

2.1



+

2.2



+

+

2.3



2.4



Hình 2. Các biến dạng cơ bản của phiến áp điện.

Có các loại biến dạng cơ bản sau:

- Biến dạng theo chiều dọc (h.2.1).

- Biến dạng theo chiều ngang (h.2.2).

- Biến dạng theo bề dày (h.2.3).

- Biến dạng cắt theo bề mặt (h.2.4).

Vì lí do cấu trúc hoặc chế độ làm việc của cảm biến hoặc đơn giản vì

độ nhạy người ta có thể ghép các phiến áp điện và nối theo các cực để nhận

được những biến dạng cùng chiều hay ngược chiều. Có hai loại ghép nối chủ

yếu:



+

_



+

_

_



+

_



+

_



+



+



_

3.1



3.2



Hình 3. Ghép các phần tử áp điện

- Ghép song song: Ghép hai bản áp điện giống như hình 3.1. Trong

trường hợp này điện dung và điện tích của cảm biến tăng lên gấp đơi so với

trường hợp chỉ dùng một bản áp điện.

- Ghép nối tiếp: Ghép hai bản áp điện giống như hình 3.2. Trong trường

hợp này điện áp mạch hở và trở kháng tăng lên gấp đôi, nhưng điện dung

giảm xuống 2 lần so với trường hợp chỉ có một bản áp điện.



+

+

+

+

+

+

+

+

-



+

-_

+

+

+

+

+

+

+



-



+



4.1



4.2

Hình 4. Ghép nhiều bản phiến điện

4.1 Ghép song song;

4.2 Ghép nối tiếp.



+

-



Nguyên tắc của việc ghép hai phiến áp điện trên cũng được áp dụng

cho việc ghép nhiều bản tụ với nhau. Tức là có thể ghép song song hay nối

tiếp nhiều phiến áp điện với nhau (hình 4).

II. Cảm biến đo lực dựa trên vòng đệm thạch anh

Các cảm biến áp điện đo lực thường được chế tạo dưới dạng các vòng

đệm thạch anh. Nếu các vòng đệm thạch anh chỉ nhạy với các lực nén dọc

trục, diện tích bề mặt của vòng đệm chịu tác dụng của lực nén quyết định tới

giới hạn trên của dải đo. Khoảng vài kN (đối với đường kính cỡ cm) đến

3



10 kN (khi đường kính đạt tới 10 cm). Vì lí do này mà các vòng đệm thạch

anh được chế tạo với những đường kính khác nhau để sử dụng cho các dải đo

khác nhau.

Ta cũng có thể dùng một ứng lực đặt vào các vòng đệm này để mở rộng

phạm vi sử dụng của cảm biến. Thường dùng để đo lực kéo và lực nén. Trong

trường hợp đo lực kéo được đo như sự giảm sút của ứng lực ban đầu.

II.1. Cấu tạo

Có thể dùng các vòng đệm thạch anh cắt theo các hướng khác nhau,

khi đó tùy thuộc vào điều kiện sử dụng ta có thể chế tạo các vòng đệm chỉ

nhạy theo một hướng xác định của lực.

II.2. Nguyên tắc hoạt động

Thạch anh có năm hệ số áp điện là d11, d12, d14, d25, d26. Trong đó:

- d11 nhạy với các lực nén;

- d12, d14 chỉ nhạy với lực cắt theo chiều ngang;

- d25 nhạy với lực cắt theo bề mặt;

- d26 nhạy với các lực cắt theo bề dày.

Như vậy một vòng đệm cắt theo X (hình 5.1) chỉ nhạy với lực nén do

có d11, do vậy các lực tác động lên các cạnh bên đều không ảnh hưởng đến

hiệu ứng vòng đệm, và các ứng lực có hiệu ứng khơng liên quan đến các hệ số



áp điện d12, d14. Và cũng như vậy nếu vòng đệm được cắt theo Y (hình 5.2)

chỉ nhạy với các lực cắt theo bề dày vì có d26. Bằng cách lắp ráp cơ khí khơng

gây nên hiệu ứng với các ứng lực liên quan tới hệ số d25 [1].



5.1



5.1



Hình 5. Vòng đệm cắt theo X và Y

5.1 Cắt theo X

5.2 Cắt theo Y

II.3.Ứng dụng

Dùng để chế tạo cảm biến thạch anh nhiều thành phần. Ta quan tâm

đến hai loại cảm biến thạch anh nhiều thành phần là:

- Cảm biến thạch anh ba thành phần (hình 6): có cấu tạo là một hình

trụ gồm ba cặp vòng tròn ghép với nhau, một cặp nhạy với lực nén Fx còn hai

cặp kia nhạy với lực cắt Fy và Fz theo hướng vng góc với Fx.



Hình 6. Cảm biến thạch anh ba thành phần vng góc

Cảm biến thạch anh ba thành phần cũng hoạt động theo nguyên tắc hoạt

động trên nhưng mỗi vòng tròn được trang bị nhiều vòng đệm có cùng chức

năng và mắc song song về điện (hình 7).



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

II. Một số loại vật liệu áp điện tiêu biểu

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×