闫迎利
(安阳师院教育学院，河南安阳 455000)
[摘 要]介绍和解释压电效应；简述家用电器中常用的压电器件及其检测方法。 差速防坠器[中国分类号]O 482.41 [文献标识码]B
[收稿日期]2001-01-06
[作者简介]闫迎利(1963-)，男，河南温县人，安阳师院教育学院讲师，理学学士。
1 压电效应及其解释
1880年法国物理学家皮埃尔和雅各居里兄弟实验中发现：当某些晶体受到机械力而发生拉伸或压缩时，晶体相对的两个表面会出现等量的异号电荷。科学家把这种现象叫做压电现象。具有压电现象的介质，称之为压电体。科学家进一步研究发现，压电体有正压电效应和逆压电效应两种。
1.1 正压电效应
有些固体介质，如：石英(SiO 2)、电气石、酒石酸钾钠(NaKC 4H 4O 6・4H 2O )、钛酸钡(BaTiO 3)等。由于它们结晶点阵的特殊结构，当它们发生机械形变(如压缩或伸长)时，其相对的两个表面会呈现异号电荷，外力与端面积愈大，则出现的电荷就愈多。端面电荷的符号视外力而定。科学家把这种效应叫做正压电效应。
当压电体发生机械形变时，其极化强度随之而变，导致表面吸附的自由电荷随之而变。如果将两个表面装上电极并用导线接通，变化的自由电荷便从一个极板移至另一极板，形成电流。1.2 逆压电效应
对于压电体，同时还存在逆压电效应。即当压电体上加电场时，压电体会发生机械形变(伸长或缩短)。如果压电体上加交变电场，则压电体就会交替出现伸长和压缩，即发生机械振动。1.3 压电效应的解释
在离子性的晶体中，正、负离子有规则地交错配置，构成结晶点阵。这样就形成了固有电矩，在晶体表面出现了极化电荷，又由于晶体暴露在空气中，经过一段时间，这些电荷便被降落到晶面上的、空气中的异号离子所中和，因此极化面电荷和
烟气脱硝催化剂电矩都不会显现。但是，当晶体发生机械形变时,
晶格就会发生变化。这样，电矩产生变化，表面极化电荷数值也发生改变。于是，面上正电荷或负电荷都有了可以测出的增量(增加或减少)，这种增量就是压电效应的电量。
2 压电效应的应用
我们把根据压电效应制作出的材料叫压电陶瓷，利用它可以制作石英谐振器，陶瓷滤波器、陷波器、鉴频器，拾音器、发声器，水声换能器，鱼探测器，压电陶瓷变压器，陶瓷压力器，加速度计，超声波发声器等器件，还可以作为电子打火机、煤气点火栓、导弹与爆炸时的电源。下面着重介绍家用电器中常用的几种压电器件。2.1 家用电器中常用的压电器件2.1.1 石英晶体谐振器 后埋式止水带在石英晶体上加一交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变的电场。由于石英晶片具有固有的振动频率(称为石英晶体的谐振频率)，因此，当外加交变电压的频率等于石英晶片的谐振频率时，这种振动就会突然增加，而在电路中反映出谐振特性。这种现象称为压电谐振效应。根据压电谐振效应可以制作出石英谐振器，这种谐振器因具有极高的品质因数和极高的稳定性，已经被应用于对讲机(型号有箱型钢
JA 44等)、
聚氨酯筒料电子手表(型号有JU 1等)、电视机(型号有JA 22等)、电子仪器等产品中作压控振荡器使用。用石英谐振器来控制振荡频率的振荡器称为晶体振荡器，这种振荡器的频率稳定度可达到10-6数量级。
2.1.2 陶瓷滤波器、陷波器
陶瓷滤波器、陷波器一般由一个或多个压电
游戏棋44
安阳师范学院学报 2001年
陶瓷振子为主而组成，而压电振子实际上就是一块夹在两个电极之间的压电晶片。陶瓷滤波器、陷波器是对频率非常敏感的电路元件。它们的特点是：体积小、成本低、无调整和可靠性高等。
陶瓷滤波器、陷波器已应用于收录机(型号有465K 系列、LT -W 22-10.7MHz 等)、电视机(型号有LT B6.5MHz 滤波器、XT 4.43M 陷波器、声表面波滤波器等)等家电产品中。2.1.3 压电晶体拾音、发声器件
晶体话筒、电唱头是拾音器件，它们是利用晶体的压电效应制作出来的。对于话筒，声波使话筒内的压电晶体振动，由于压电效应，表面上的两个电极便出现微弱的音频电压。对于晶体电唱头(又称晶体拾音器)，当唱片转动时，唱片中的音纹起伏通过唱针传到唱头中的压电晶体，其电极便出现音频电压。即利用晶体的压电效应可以把音频信号变成音频电信号。而晶体扬声器(晶体喇叭)和晶体耳机则是压电发声器件。它们是利用压电晶体的逆效应制作出来的，即把变化的电信号还原为晶体的机械振
动。晶体再把这种振动传给一块金属薄片，发出声音。2.2 常用压电器件的检测2.2.1 蜂鸣片的检测 蜂鸣片是压电陶瓷片应用的一种器件。比较常见的是用锆、钛、铅的氧化物配制后烧结制成的压电陶瓷片(PZT )，由于人耳对3kHz 的音频信号最为敏感，所以生产时通常将蜂鸣片的谐振频率设计在3kHz 左右。为了改善低频响应，一般采用双膜片结构。
用机械万用表检测压电陶瓷蜂鸣片好坏的方法是：将万用表拨至2.5V 档，左手拇指与食指轻轻捏住蜂鸣片的两面。右手持两支表笔，红表笔接金属片，黑表笔横放在蜂鸣片的表面。然后左手拇指与食指稍用力压紧一下，随即放松，蜂鸣片上就先后产生两个极性相反的电压信号，使指针向右摆→回零→向左摆→回零，摆幅约0.1～0.15V 。
若交换表笔位置后重新实验，指针摆动的顺序为：向左摆→回零→向右摆→回零。在压力相同的情况下，指针摆幅愈大，蜂鸣片的灵敏度愈高。若指针不动，说明蜂鸣片内部漏电或破损。
用数字电容表可以直接测量蜂鸣片的电容量，其电容量应在0.005～0.02 F 范围内。2.2.2 驻极体话筒的检测
驻极体话筒是常见电-声转换器件，它属于电容式话筒的一种。
用机械表检测驻极体话筒，选择R ×100档，将黑表笔接话筒的正极，红表笔接负极，然后正对着话筒吹一口气，指针应作大幅度摆动。假如指针不动，可交换表笔重新试验。两种情况下，指针都不动，说明话筒已经损坏；若指针摆幅很小，说明话筒的灵敏度低。对于三端引线的话筒，应将黑表笔接正电源端，红表笔接输出端，地端可以悬空。2.2.3 石英晶体的检测
对于石英晶体，分玻壳与金属壳两种封装形式。检查它的方法是：首先从外观看它有无断线或裂纹故障。若外观正常，则可用万用表R ×1k 档测量其引出端的电阻，正常情况下电阻为无穷大。否则说明石英晶体内部存在漏电或短路。也可以用数字万用表的电容档或数字电容表测其电容，正常情况下石英晶体应有一定的电容值。如电视机遥控器中的石英晶体的电容为102PF 数量级。
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Piezoelectricity and Its Application
YA N Ying -li
(A ny ang T eachers 'College ,A ny ang 455000,China )
Abstracts :The intro duction of piezoelectricity;A br ief ex planation of the parts of an apparatus and its checking m ethods in comm only used domestic electrical equipm ent.key words :piezoelectricity ;quar tz ;parts of an apparatus
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第2期 闫迎利：压电效应及其应用
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