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從研發(fā)認(rèn)識(shí)計(jì)為
振動(dòng)式液位開關(guān)中壓電陶瓷組成的匹配問題
2014-08-07
壓電陶瓷具有很敏感的電特性，作為傳感器使用時(shí)，它能將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等；同時(shí)，在其兩端施加一定規(guī)律的變化電壓，壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下將產(chǎn)生一定規(guī)律的形變，雖然這種形變量很小，往往是小于其本身尺寸的千萬分之一，但是基于這個(gè)原理制作的精確控制機(jī)構(gòu)——壓電驅(qū)動(dòng)器，在精密儀器和機(jī)械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。計(jì)為自動(dòng)化研發(fā)生產(chǎn)的振動(dòng)式物位開關(guān)和液位開關(guān)，就是利用了壓電陶瓷的這兩種特性，把它作為振動(dòng)探頭驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)的器件。
壓電陶瓷組件是振動(dòng)式物位開關(guān)中的核心零部件，在深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司研發(fā)的振棒料位開關(guān)和音叉液位開關(guān)產(chǎn)品中，使用了6片壓電陶瓷作為振動(dòng)驅(qū)動(dòng)（應(yīng)用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)）和1片壓電陶瓷作為檢測(cè)（應(yīng)用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)）。作為驅(qū)動(dòng)振動(dòng)的6片壓電陶瓷，在結(jié)構(gòu)上采取機(jī)械上串聯(lián)、電學(xué)上并聯(lián)的形式。計(jì)為自動(dòng)化研發(fā)工程師經(jīng)過大量試驗(yàn)證明，這由6+1組成的壓電組件中，各個(gè)壓電陶瓷片必須相互匹配，匹配不好可能導(dǎo)致探頭振動(dòng)微弱甚至無法振動(dòng)，造成儀表誤動(dòng)作，影響儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性。這里所說的匹配主要是指其靜態(tài)電容值的匹配。
壓電陶瓷使用前，使用LCR數(shù)字電橋測(cè)量每片壓電陶瓷的靜態(tài)電容Cp值，并計(jì)算出平均電容值。以6片為一組，選用平均電容值差值相互間在±5%以內(nèi)的壓電陶瓷成一組作為驅(qū)動(dòng)，并選擇靜態(tài)電容與該6片電容值平均值盡量接近的壓電陶瓷片作為檢測(cè)，由此選得6+1壓電陶瓷片組成壓電陶瓷組件。經(jīng)過這種匹配挑選的作為驅(qū)動(dòng)的壓電陶瓷片，能保證工作時(shí)6片驅(qū)動(dòng)片相位同步，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)探頭處于振動(dòng)最佳振動(dòng)狀態(tài)，而且檢測(cè)片檢測(cè)出的電壓值也是最大值，輸出電信號(hào)信噪比為最高，方便信號(hào)處理電路進(jìn)一步分析處理。
下圖是計(jì)為自動(dòng)化音叉液位開關(guān)壓電陶瓷組件組成圖。
壓電陶瓷組件是振動(dòng)式物位開關(guān)中的核心零部件，在深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司研發(fā)的振棒料位開關(guān)和音叉液位開關(guān)產(chǎn)品中，使用了6片壓電陶瓷作為振動(dòng)驅(qū)動(dòng)（應(yīng)用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)）和1片壓電陶瓷作為檢測(cè)（應(yīng)用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)）。作為驅(qū)動(dòng)振動(dòng)的6片壓電陶瓷，在結(jié)構(gòu)上采取機(jī)械上串聯(lián)、電學(xué)上并聯(lián)的形式。計(jì)為自動(dòng)化研發(fā)工程師經(jīng)過大量試驗(yàn)證明，這由6+1組成的壓電組件中，各個(gè)壓電陶瓷片必須相互匹配，匹配不好可能導(dǎo)致探頭振動(dòng)微弱甚至無法振動(dòng)，造成儀表誤動(dòng)作，影響儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性。這里所說的匹配主要是指其靜態(tài)電容值的匹配。
壓電陶瓷使用前，使用LCR數(shù)字電橋測(cè)量每片壓電陶瓷的靜態(tài)電容Cp值，并計(jì)算出平均電容值。以6片為一組，選用平均電容值差值相互間在±5%以內(nèi)的壓電陶瓷成一組作為驅(qū)動(dòng)，并選擇靜態(tài)電容與該6片電容值平均值盡量接近的壓電陶瓷片作為檢測(cè)，由此選得6+1壓電陶瓷片組成壓電陶瓷組件。經(jīng)過這種匹配挑選的作為驅(qū)動(dòng)的壓電陶瓷片，能保證工作時(shí)6片驅(qū)動(dòng)片相位同步，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)探頭處于振動(dòng)最佳振動(dòng)狀態(tài)，而且檢測(cè)片檢測(cè)出的電壓值也是最大值，輸出電信號(hào)信噪比為最高，方便信號(hào)處理電路進(jìn)一步分析處理。
下圖是計(jì)為自動(dòng)化音叉液位開關(guān)壓電陶瓷組件組成圖。
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（深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司研發(fā)中心2014年8月7日發(fā)布）
TAGS : 液位開關(guān)
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