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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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Yuhai PZT-Materialien für Sensoranwendungen

PZT-5 und PZT-5H Materialien mit hoher Empfindlichkeit und großen Verschiebungen


Sensoranwendungen sind eine der Hauptanwendungen von [weichen] piezoelektrischen Keramikmaterialien . Piezoelektrische Materialien werden aufgrund ihrer physikalischen und piezoelektrischen Eigenschaften als [weiches] oder [hartes] Material eingestuft.
Sensorkeramiken zeichnen sich durch größere elektromechanische Kopplungsfaktoren, größere piezoelektrische Konstanten, höhere Permittivität, größere Dielektrizitätskonstanten, etwas größere dielektrische Verluste und geringere mechanische Qualitätsfaktoren aus. Messkeramiken erzeugen im Vergleich zu Hartkeramiken größere Verschiebungen, einige weisen jedoch eine größere Hysterese auf und sind anfälliger für Depolarisation durch Erwärmung bei hohen Arbeitszyklen und / oder Belastung. Im Allgemeinen begrenzen höhere Verlustfaktoren die Verwendung von Sensorkeramiken in Anwendungen, die hohe elektrische Felder erfordern.
Die Firma Yuhai bietet zwei piezoelektrische Materialien zur Verwendung in Sensoranwendungen an: PZT-5 und PZT-5H . PZT-5 ist das Material der Wahl für die meisten Sensoranwendungen. Es hat die beste Gesamtkombination von Eigenschaften und sollte das erste Material sein, das zum Abtasten verwendet wird. PZT-5H bietet mit einigen Einschränkungen eine höhere Empfindlichkeit. Es hat eine niedrigere Gebrauchstemperatur, eine höhere Dielektrizitätskonstante und einen höheren Verlustfaktor. Wenn diese Einschränkungen akzeptabel sind, kann PZT-5H das zu verwendende Material sein.

Typische Anwendungen piezoelektrischer Sensoren

Yuhais Sensormaterialien können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Die Anwendungen können grob in zwei allgemeine Verwendungskategorien unterteilt werden:
Aktiv - Keramik In aktiven Erfassungsanwendungen wird die Laufzeit einer Impulsechoantwort oder zwischen einem Sender und einem Empfänger gemessen. Piezoelektrische Keramiken, die als Sender verwendet werden, arbeiten typischerweise mit ihrer Resonanzfrequenz, während Sensoren, die als Empfänger verwendet werden, typischerweise in einem Antiresonanzmodus arbeiten. Beispiele für piezoelektrische Keramiken, die in einer aktiven Sensoranwendung verwendet werden, umfassen:

  • Durchflusssensoren und Durchflussmesser
  • Dickenmessgeräte
  • Füllstandsensoren
  • Diagnostischer Medizinischer Ultraschall

Passiv - Keramiken, die in passiven Sensoranwendungen verwendet werden, arbeiten unterhalb ihrer Resonanzfrequenz, was zu einer breiteren Bandantwort führt. Dadurch kann die Keramik ein Signal über einen weiten Frequenzbereich empfangen. Beispiele für piezoelektrische Keramiken, die in einer passiven Sensoranwendung verwendet werden, umfassen:

  • Beschleunigungsmesser
  • Hydrophone
  • Mikrofone
  • Musikalische Aufnahmen

Hintergrundinformationen zum piezoelektrischen Sensor

Typische piezoelektrische Sensoren erzeugen nur dann ein Signal, wenn sich die ausgeübte Kraft oder der ausgeübte Druck ändert. Bei einer statischen Einkopplung wandern freie Ladungsträger im Keramikelement zu den Dipolen, neutralisieren die Ladungen an den Dipolen und entladen so das Element wirksam elektrisch. Die Ladung fließt über den Eingangswiderstand des Geräts, mit dem das Signal vom Sensor gemessen wird. Ein Stress stört den ausgeglichenen Zustand und stellt eine elektrische Ladung wieder her. Wenn der Stress jedoch aufrechterhalten wird, wird die Ladung wieder entladen. In der Praxis werden Systeme zur Messung niederfrequenter Signale - Eingangsfrequenzen, die weit unter der Resonanzfrequenz des Systems liegen - zweckmäßigerweise durch die Zeitkonstante beschrieben. Die Zeitkonstante des Systems ist das Produkt aus der Kapazität des Keramikelements und dem Eingangswiderstand der elektronischen Schaltung. Als Faustregel sollte die Zeitkonstante 1/10 der Periodendauer des Eingangssignals betragen. Um beispielsweise ein Signal mit einer Frequenz von 10 Hz zu messen, muss die Zeitkonstante kleiner als eine Sekunde sein. Es gibt drei Alternativen, die den Eingangswiderstand akzeptabel niedrig halten und gleichzeitig die Messung von Niederfrequenzeingängen ermöglichen: Aufbau des Sensors aus mehreren parallel geschalteten Schichten, Einbau eines Ladungsverstärkers in das System oder Einbau eines Kondensators in das System parallel zu der Sensor.

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