振动式液位开关中压电陶瓷组成的匹配问题

压电陶瓷具有很敏感的电特性，作为传感器使用时，它能将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等；同时，在其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形变，虽然这种形变量很小，往往是小于其本身尺寸的千万分之一，但是基于这个原理制作的精确控制机构——压电驱动器，在精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域得到广泛应用。计为自动化研发生产的振动式物位开关，就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。

　　压电陶瓷组件是振动式物位开关中的核心零部件，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）和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，在结构上采取机械上串联、电学上并联的形式。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，各个压电陶瓷片必须相互匹配，匹配不好可能导致探头振动微弱甚至无法振动，造成仪表误动作，影响仪表测量的准确性。这里所说的匹配主要是指其静态电容值的匹配。

　　压电陶瓷使用前，使用LCR数字电桥测量每片压电陶瓷的静态电容Cp值，并计算出平均电容值。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，实现振动探头处于振动最佳振动状态，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。

下图是计为自动化的音叉液位开关压电陶瓷组件组成图。