顧川深 李明航 姜京辰

摘要：PVDF薄膜壓電系數(shù)受環(huán)境溫度影響較大且較為靈敏，可以通過該材料壓電系數(shù)的改變量得知環(huán)境溫度的變化，另外PVDF具有厚度薄、靈敏度高、機(jī)械柔韌性好等特點(diǎn)，可進(jìn)行埋置式測(cè)量。結(jié)合以上兩個(gè)特點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了根據(jù)壓電系數(shù)改變狀態(tài)對(duì)溫度進(jìn)行感知的溫度感知器。

關(guān)鍵詞：PVDF;壓電系數(shù);溫度傳感器

Abstract： The piezoelectric coefficient of PVDF film is greatly affected by the environmental temperature and is relatively sensitive. The temperature change can be known by the change of the piezoelectric coefficient of the material. In addition， PVDF has the characteristics of thin thickness， high sensitivity， and good mechanical flexibility. Carry out buried measurements. Combining the above two characteristics， we designed a temperature sensor that senses the temperature according to the state of the piezoelectric coefficient.

Keywords： PVDF， piezoelectric coefficient， temperature sensor

1引言

壓電系數(shù)是表征壓電材料的重要性能參數(shù)，聚偏氟乙烯（PVDF）是一種新型高分子聚合物型壓電材料，其壓電系數(shù)數(shù)值大、靈敏度高、響應(yīng)快、機(jī)械柔韌性好、厚度薄，可做埋置式測(cè)量。目前壓電材料在對(duì)溫度變化的敏感程度上PVDF表現(xiàn)較為靈敏，根據(jù)這一性質(zhì)提出本文基于PVDF的壓電溫度感知器的設(shè)計(jì)。

2基于PVDF的溫度感知器的工作原理

在施加力恒定的情況下溫度與壓電系數(shù)的變化情況如圖所示（表一），由圖可知，PVDF的壓電系數(shù)隨溫度的升高而增大 ，但是因其熔點(diǎn)為160℃～170℃所以壓電系數(shù)不能無限升高。

應(yīng)用電源對(duì)壓電材料PVDF施加一固定電壓使其發(fā)生形變，在電路中加裝預(yù)定電阻使得PVDF上電壓保持恒定。當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，PVDF壓電系數(shù)發(fā)生改變或高或低，這時(shí)與PVDF并聯(lián)的靈敏電壓表會(huì)感知到電壓的變化并在表盤上顯示出來。

3簡(jiǎn)易電路圖

4基于PVDF的溫度感知器的優(yōu)點(diǎn)

（1）PVDF 良好的工藝性，可用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行加工，能制作大面積的敏感元件， 具有高沖擊強(qiáng)度（可使用于高強(qiáng)度場(chǎng)合）， 耐腐蝕性（在活性介質(zhì)中使用時(shí)這種性能是必需的）;相對(duì)介電常數(shù)較低;相應(yīng)較高的壓電常數(shù)值（比其它壓電材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上）和熱信號(hào)靈敏度（p/ε）值;與壓電陶瓷相比有更低的導(dǎo)熱性; 并能制得更薄的薄膜。

（2）PVDF可做埋置式傳感器，更加節(jié)約空間和材料?？稍诓桓淖?cè)O(shè)備或待測(cè)物體的基本形狀的前提下進(jìn)行溫度感知。

5結(jié)語(yǔ)

（1）該傳感器對(duì)于溫度變化更加敏感、感知更加準(zhǔn)確。

（2）不改變大體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)易輕便。

（3）智能材料與結(jié)構(gòu)是近年來較熱門的一個(gè)研究課題。智能結(jié)構(gòu)是將傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件和控制系統(tǒng)結(jié)合或融合進(jìn)基體材料中而形成的一種材料系統(tǒng)，它能夠感知外界環(huán)境變化并對(duì)這種變化做出主動(dòng)響應(yīng)。PVDF 壓電薄膜是智能結(jié)構(gòu)中理想的傳感元件，由于其重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可粘貼于材料的表面，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響很小，與結(jié)構(gòu)有著良好的相容性，并可在結(jié)構(gòu)中大面積使用。有人預(yù)計(jì)，21世紀(jì)將是智能材料時(shí)代，那么作為智能材料傳感元件之一的 PVDF 壓電薄膜必將隨著智能材料的廣泛應(yīng)用而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。

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