振动式物位开关中压电陶瓷组件的静态电容匹配

自压电陶瓷发明一百多年来，已广泛应用于日常消费的电子产品、工业自动化测量、军事装备、乃至宇航等各个领域。二十世纪六七十年代，人们发明了基于利用压电陶瓷驱动和检测的振动式音叉液位开关，其组件已成为振动式音叉液位开关的核心部件。压电陶瓷的性能品质直接影响振动式音叉物位开关产品的品质、可靠性和寿命。目前，垄断国内高端物位测量与控制市场的进口振动式音叉物位开关，几乎都选用国际知名品牌的压电陶瓷。压电陶瓷根据其成分组成和生产工艺不同，造就了众多型号，性能指标也差异极大。振动式音叉物位开关对压电陶瓷性能指标要求、选型和产品设计中如何应用是国内同行迫切需要了解的核心技术问题，它决定着国产振动式音叉物位开关能否与进口产品竞争，能否夺回被进口产品垄断的高端市场。本篇小文章就其压电陶瓷组件中各压电陶瓷片静态电容如何相互匹配这一问题提出我们见解，以供同行参考。

计为振动式物位开关的压电陶瓷

作为传感器使用时，压电陶瓷能将极其微弱的机械振动转换成电信号。在压电陶瓷两端施加一定规律的变化电压，压电陶瓷在电场作用下将产生一定规律的微小形变，基于这个原理制作的精确控制机构——压电驱动器。正是利用了压电陶瓷的这两种特性，把它作为振动探头驱动和检测的器件，人们发明了振动式料位开关和液位开关，并在过去几十年时间里广泛应用于各行各业，并且经久不衰。

计为精品振动式物位开关

在深圳计为自动化技术有限公司研发的振棒料位开关和音叉液位开关产品中，使用了6片压电陶瓷作为振动驱动（应用压电陶瓷的逆压电效应），在结构上采取机械上串联、电学上并联的形式；同时，使用1片压电陶瓷作为检测（应用压电陶瓷的压电效应）。作为驱动振动的6片压电陶瓷和作为检测的1片压电陶瓷共同组成压电陶瓷组件。计为自动化研发工程师经过大量试验证明，这由6+1组成的压电组件中，各个压电陶瓷片静态电容必须相互匹配，静态电容不匹配会导致探头振动微弱甚至无法振动，造成仪表无法可靠工作。那片压电陶瓷的静态电容Cp值。以6片为一组，选用平均电容值差值相互间在±5%以内的压电陶瓷成一组作为驱动，并选择静态电容与该6片电容值平均值尽量接近的压电陶瓷片作为检测，由此选得6+1压电陶瓷片组成压电陶瓷组件。经过这种匹配挑选的作为驱动的压电陶瓷片，能保证工作时6片驱动片相位同步，实现振动探头处于最佳振动状态，而且检测片检测出的电压值也是最大值，输出电信号信噪比为最高，方便信号处理电路进一步分析处理。

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