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压电膜开关
来源:薄膜压力传感器压力分布 | 发布时间:2016/4/29 14:30:29 | 浏览次数:

例二:

与例一中相同的压电膜开关元件,但所受的力为(10,000N/m²×0.0254m²=6.45牛顿),而结构形式为柔性支撑的膜。力是作用在厚度横截面上(wt)。压电膜在负荷作用下被拉伸,故其为g³¹模式。

由于力加在小得多的横截面上,因而导致输出电压的急剧增大。小面积产生较高应力。

动态范围
    
压电膜有很大的动态范围,它已被用来感测空间一个质量为10¯12克的高速物体的冲击;而在其他极端条件下,它也可以测量在武器试验过程中所产生的300,000大气压力的冲击波。最近进行的一项研究得出了一个面积为155.5mm×18.5mm,厚度为52µm的厚膜的最大输出能量。该膜受力约为350MPa(在拉伸方向,或者“n=1”方向上)而未失效。所产生的电荷线性很好,下面是最大应力条件下的测量结果:

                    最大测得电荷:20µC,即6.95 mC/m2
                    最大测得电压:1600 V,即30.8×106 V/m
                    最大变换能量:30.9 mJ,即207 kJ/m3

稍后的试验表明压电膜器件可以长时间承受上述能量的10%左右,而不会出现可测得的损坏。

电机变换

当一片压电薄膜受到电压的作用时,由于内部偶极子在所加电场下的吸引或排斥,而使膜的尺寸发生变化。加一电压极性,压电膜就变薄、变长和变宽。而加相反极性,则使压电膜的长度和宽度收缩并变厚,加交流电压就使压电膜“振动”。

变形的大小可根据压电“d3n”常数来计算:

             对长度变化:Δl = l d31V/t
式中:
             Δl = 每米膜长变化
                l = 膜原长度(米)
            d31= 长度方向压电常数(“n = 1”方向)(m/V)
            V = 厚度方向(t)所加电压

            对宽度变化:Δw = w d32 V/t
式中:
            d32= 宽度方向压电常数(“n = 2”方向)
           
            对厚度变化:Δt = t d33 V/t = d33 V
式中:
            d33= 厚度方向压电常数(“n = 3”方向)

例三:

一块长(l)3cm,宽(w)2cm,厚度(t)9µm的压电薄膜,按3(厚度)方向加V = 200 v的电压。这个电输入产生的应变S等于d乘以所加电场。
   
    在长度方向上:
在厚度方向上:

 

 
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