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如何選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷

2018-08-22

　　壓電陶瓷是一種新興的功能陶瓷材料，它可以將機械能與電能相互轉換，具有正負壓電效應，在我們的振動式物位開關儀表測量中，起到非常重要的作用。壓電陶瓷片是振動式物位開關的核心部件，它使儀表探頭在諧振頻率下產生振動及信號接收，并通過智能電路單元處理分析輸出一個開關信號，來判斷物料的存在。因此，如何選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷就顯得頗為關鍵。

　　事實上，壓電陶瓷具有壓電效應，是由于陶瓷內部存在自發極化行為，再經過人工極化處理而被迫取向排列后，陶瓷內部存在剩余極化強度，在外界（如壓力或電場）的作用下使此極化強度發生變化，陶瓷就出現了壓電效應。衡量壓電陶瓷的性能參數，通常有介電常數ε，壓電常數d，機電耦合系數kp，品質因數Qm以及居里溫度Tc等等。
　　溫度因素對壓電陶瓷性能的影響最為敏感，它有一個極限使用溫度，當溫度達到這一極限溫度時，壓電陶瓷就會失去壓電性能，這一溫度叫居里溫度。隨著溫度的上升，壓電材料的一些電特性參數會下降，影響傳感器的輸出靈敏度，并使傳感器的低頻響應變壞。
　　通常地，一般壓電陶瓷的安全工作溫度處于0℃到1/2居里溫度之間。鑒于物位開關的實際工況的復雜性，尤其在高溫工況下，對壓電陶瓷材料的性能提出了更高的要求。如果在較高的工作溫度下選用溫度特性差的壓電材料，料位開關的振動會很快減弱，經常出現誤動作，或使壓電陶瓷損壞，振動開關失效，從而無法檢測或判斷物料的存在，影響正常的工業生產。
　　因此，在對高溫等惡劣環境下工作的壓電陶瓷進行選型時，應盡量選居里溫度高些和熱穩定性好的壓電材料，以期獲得較寬的工作溫度范圍；同時選用的壓電陶瓷的介電常數、壓電常數和機電耦合系數應盡可能大；除此之外，還應選擇添加有“變價”添加物的壓電材料，使材料“軟”“硬”性質兼有，以提高材料的溫度穩定性和時間穩定性。
　　經過工程師對壓電陶瓷應用的深入研究，和對壓電陶瓷的多次高溫試驗，選擇適合高溫工況工作的壓電器件，使計為公司生產的振動式物位開關可以在高溫的工況下穩定工作。因此，產品也得到了客戶的廣泛認可。

（深圳計為自動化技術有限公司研發中心2018年8月22日發布）

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