Matériaux PZT-5 et PZT-5H à haute sensibilité et grands déplacements
Les applications de détection sont l'une des principales utilisations des matériaux céramiques piézoélectriques [doux" . Les matériaux piézoélectriques sont classés en tant que matériau [mou" ou matériau [dur" en fonction des propriétés physiques et piézoélectriques qu'ils présentent.
Les céramiques de détection se caractérisent par des facteurs de couplage électromécaniques plus importants, des constantes piézoélectriques plus importantes, une permittivité plus élevée, des constantes diélectriques plus importantes, des pertes diélectriques légèrement plus importantes et des facteurs de qualité mécanique plus faibles. Les céramiques de détection produisent des déplacements plus importants par rapport aux céramiques dures, mais certaines présentent une hystérésis plus importante et sont plus sensibles à la dépolarisation due au chauffage sous des cycles de service et/ou des contraintes élevés. Généralement, des facteurs de dissipation plus élevés limitent l'utilisation de céramiques de détection dans les applications qui nécessitent des champs électriques élevés.
La société Yuhai propose deux matériaux piézoélectriques à utiliser dans les applications de détection : PZT-5 et PZT-5H . Le PZT-5 est le matériau de choix pour la plupart des applications de détection. Il possède la meilleure combinaison globale de propriétés et devrait être le premier matériau à essayer pour la détection. Le PZT-5H offre une sensibilité plus élevée, avec quelques limitations. Il a une température d'utilisation inférieure, une constante diélectrique plus élevée et un facteur de dissipation plus élevé. Si ces limitations sont acceptables, alors le PZT-5H peut être le matériau à utiliser.
Applications typiques des capteurs piézoélectriques
Les matériaux de détection de Yuhai peuvent être utilisés dans une variété d'applications. Les applications peuvent être divisées en deux grandes catégories d'utilisation :
Actif - Céramique utilisé dans les applications de détection active mesure le temps de vol d'une réponse d'écho d'impulsion ou entre un émetteur et un récepteur. Les céramiques piézoélectriques utilisées en tant qu'émetteur fonctionnent généralement à leur fréquence de résonance tandis que les capteurs utilisés en tant que récepteur fonctionnent généralement en mode anti-résonant. Voici des exemples de céramiques piézoélectriques utilisées dans une application de détection active :
- Capteurs de débit et débitmètres
- Jauges d'épaisseur
- Capteurs de niveau
- Échographie médicale diagnostique
Passif - Les céramiques utilisées dans les applications de détection passive fonctionnent en dessous de leur fréquence de résonance, ce qui entraîne une réponse de bande plus large. Cela permet à la céramique de recevoir un signal sur une large plage de fréquences. Voici des exemples de céramiques piézoélectriques utilisées dans une application de détection passive :
- Accéléromètres
- Hydrophones
- Micros
- Ramassages musicaux
Informations générales sur le capteur piézoélectrique
Les capteurs piézoélectriques typiques génèrent un signal uniquement lorsqu'ils subissent un changement dans la force ou la pression appliquée. Sous une entrée statique, les porteurs de charge libres dans l'élément en céramique migrent vers les dipôles, neutralisant les charges sur les dipôles et déchargeant ainsi efficacement électriquement l'élément. La charge s'écoulera à travers la résistance d'entrée de l'appareil utilisé pour mesurer le signal du capteur. Une contrainte perturbe l'état d'équilibre et restaure une charge électrique, mais si la contrainte est maintenue, la charge se videra à nouveau. Dans la pratique, les systèmes de mesure de signaux basse fréquence - des fréquences d'entrée bien inférieures à la fréquence de résonance du système - sont commodément décrits par la constante de temps. La constante de temps du système est le produit de la capacité de l'élément céramique et de la résistance d'entrée du circuit électronique. En règle générale, la constante de temps doit être 1/10ème de la période du signal d'entrée. Par exemple, pour mesurer un signal avec une fréquence de 10 Hz, la constante de temps doit être inférieure à une seconde. Il existe trois alternatives qui maintiennent la résistance d'entrée à un niveau acceptable, tout en permettant de mesurer les entrées basse fréquence : construire le capteur à partir de plusieurs couches connectées en parallèle, incorporer un amplificateur de charge dans le système, ou incorporer un condensateur dans le système, en parallèle avec le capteur.
