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選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷的考量因素

2018-08-22

  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。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,導致無法檢測或判斷物料的存在,從而影響生產的正常進行。既然壓電陶瓷的好壞在較高工作溫度下對料位開關有這么大的影響,那么,選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷都有哪些考量的因素呢?
選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷的考量因素
  我們知道,作為一種新興的功能陶瓷材料,壓電陶瓷具有壓電效應,它可以將機械能與電能相互轉換。而壓電陶瓷之所以具有正負壓電效應,是由于其內部存在自發極化行為,這些自發極化再經過人工極化工序處理而被迫取向排列后,陶瓷內即存在剩余極化強度。如果在外界(如壓力或電場)的作用下能夠使此極化強度發生變化,陶瓷就出現了壓電效應。
  基于此,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。所以,在選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷時也主要應從上述參數進行考量。
  首先,溫度因素對壓電陶瓷性能的影響最為顯著。壓電陶瓷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,這一溫度被稱為居里溫度。隨著溫度的上升,壓電材料的一些電特性參數會進一步下降,從而影響傳感器的輸出靈敏度,并使傳感器的低頻響應變壞。
  一般情況下,壓電陶瓷的安全工作溫度處于0℃到1/2居里溫度之間。而由于物位開關具體應用工況較為復雜,尤其在高溫工況下,對壓電陶瓷材料的性能提出的要求更高。
  因此,在對高溫等惡劣環境下工作的壓電陶瓷進行選型時,為獲得較寬的工作溫度范圍,應盡量選取居里溫度高些和熱穩定性好些的壓電材料。
  其次,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。
  最后,為提高材料的溫度穩定性和時間穩定性,還應選擇添加有“變價”添加物的壓電材料,以使材料“軟”“硬”性質兼有,穩定性更強。
  經過對壓電陶瓷應用的深入研究和多次高溫試驗,計為工程師選擇適合高溫工況工作的壓電器件,為計為振動式物位開關在高溫工況下穩定工作提供了可靠保障。計為儀表在實踐中的穩定表現,也受到了用戶的一致好評。
  以上是“選擇高溫型振動式物位開關壓電陶瓷的考量因素”的相關介紹,希望能夠對儀表同行們有所幫助,如欲了解更多物位開關(料位開關、液位開關)、物位計(料位計、液位計)等物位測量儀表方面的知識,歡迎關注微信公眾號:Jiweimeter。

(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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