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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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圧電センサーとは

圧電セラミック材料がサブセットである圧電材料は、それらが物理的力および/または機械的変形から電荷を発生させることができるので、特に有用である。この機構を利用することができる1つの分野は、選択された数のセンサにある。この記事では、圧電セラミック材料をセンサー用途に使用する方法と、これらのセンサーがどのように機能するかについて説明します。

圧電材料

圧電材料は、「圧電効果」を示す種類の材料であり、多くの形態で存在し得る。それらが基礎となる規則的な結晶格子を有するならば。したがって、無機材料はより一般的に圧電特性を示す(ただしいくつかの例外はあるが)。

圧電効果は、材料が物理的な力を受けると電荷が発生することです。多くの場合、この力は変形や圧縮、あるいは誘発された応力/歪みです。圧電効果の本質的に反対である逆圧電効果もあります。材料は印加電圧の下で膨張または収縮する。

結晶性材料が圧電効果を発揮することができるためには、その結晶格子は非中心対称性でありそして大きな有効電荷を有するイオンを有さなければならない。より小さい有効電荷を有するイオンは圧電電流を発生させることができるが、それはしばしばはるかに小さい。

物理的な力が存在すると、材料の内部結晶格子構造が変化し、電荷が発生するのはこのメカニズムです。通常の結晶格子では、イオンは規則正しく並んでいます(原子レベルの欠陥は別として、常に何らかの形で存在します)。それでも全体的に中性の電荷を保持しながら圧電効果を生み出すのは、この秩序だった格子の歪みです。物理的な力の下では、格子内のイオンが互いに接近して強制され、材料全体に共鳴する電荷の不均衡が生じます。これにより、結晶の両端が反対の電荷を持ち、電圧が発生します。力が取り除かれると、材料は通常の状態に戻ります。

ピエゾセラミックセンサー

その名前が示すように、圧電セラミックセンサは、活性検知材料がセラミックと圧電の両方であるセンサです。セラミック材料は、無機の非金属材料として定義されています。無機酸化物、窒化物および炭化物を含む、このカテゴリに分類される多くの例があります。センサに使用される圧電セラミックの一般的な一例は、ジルコン酸チタン酸鉛であり、一般にPZTとして知られている。

圧電効果は多くの物理的環境で発生するため、圧電セラミックセンサーを使用して、圧力、加速度、温度、誘導衝撃、歪み、力などの物理的要因の変化を測定できます。環境が変化すると、圧電セラミックに何らかの力がかかり、その結果、センサーで検出および測定できる電荷が発生します。 1つの例は土木工学で使用される応力/ひずみゲージです。そこでは、それがセンサーに力を加えるので、構造の変位(どんなに微小であっても)を拾うことができます。

ほとんどのピエゾセラミックセンサーは、圧力と加速度が最も一般的であるため、複数の特性を測定するように設計されています。加速度計では、わずかに異なるメカニズムが利用されています。センサへの直接的な力に依存するメカニズムはアクティブセンサとして知られていますが、加速度計はパッシブセンサです。これは、測定されているパラメータに変化があるときに、センサ内部の他の構成要素によって力が及ぼされることを意味する。加速度計においては、地震質量が圧電セラミック材料に取り付けられており、感知されている物体が加速すると、相対的な力で押し下げられる。

圧電セラミック材料をセンサに使用することの1つの重要な利点は、それらがそれらの機能特性を失うことなく多くの異なる形状に適応できることである。それらは圧縮下で電荷を発生するが、物理的バルク構造はそれほど変化せず、そしてこれはそれらが長時間の変形の下で破壊するのを防ぐ。ピエゾセラミック材料は電磁放射にも耐性があるため、さまざまな用途でさまざまな環境で使用できます。


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