鋯鈦酸鉛體系是目前應(yīng)用較廣的壓電體系,其壓電性能較其它體系優(yōu)異。此體系的零膨脹特性對(duì)壓電器件的研發(fā)很有指導(dǎo)意義。
它是由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固溶體,其具有很高的介電常數(shù),工作溫度可達(dá)250攝氏度,各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度和時(shí)間等外界因素的變化較小。由于鋯鈦酸鉛壓電陶瓷在壓電性能與溫度穩(wěn)定性等方面的遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鈦酸鋇壓電陶瓷,因此,它是目前使用普遍的的一種壓電材料。
一類是無(wú)機(jī)壓電材料,分為壓電晶體和壓電陶瓷,壓電晶體一般是指壓電單晶體;壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。
壓電陶瓷是指用必要成份的原料進(jìn)行混合、成型、高溫?zé)Y(jié),由粉粒之間的固相反應(yīng)和燒結(jié)過(guò)程而獲得的微細(xì)晶粒無(wú)規(guī)則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷,實(shí)際上也是鐵電陶瓷。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇,鐵電疇由自發(fā)極化方向反向平行的180 疇和自發(fā)極化方向互相垂直的90疇組成,這些電疇在人工極化(施加強(qiáng)直流電場(chǎng))條件下,自發(fā)極化依外電場(chǎng)方向充分排列并在撤消外電場(chǎng)后保持剩余極化強(qiáng)度,因此具有宏觀壓電性。如:鈦酸鋇BT、鋯鈦酸鉛PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮酸鉛鋇鋰PBLN、改性鈦酸鉛PT等。這類材料的研制成功,促進(jìn)了聲換能器,壓電傳感器的各種壓電器件性能的改善和提高。
系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖,傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器,測(cè)出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時(shí)間,根據(jù)媒質(zhì)中的聲速,就能得到從傳感器到液面之間的距離,從而確定液面。考慮到環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響,通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度予以校正,以提高測(cè)量精度。計(jì)算公式為:
V=331.5+0.607T (1)
式中:V為超聲波在空氣中傳播速度;T為環(huán)境溫度。
S=V ×t/2=V×(t1-t0)/2 (2)
式中:S為被測(cè)距離;t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時(shí)間差;t1為超聲回波接收時(shí)刻;t0為超聲脈沖發(fā)射時(shí)刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測(cè)量t0時(shí)刻和t1時(shí)刻,根據(jù)以上公式,壓電陶瓷片哪家好,用軟件編程即可得到被測(cè)距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號(hào)處理器,其內(nèi)部集成了溫度傳感器,因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償。
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