壓電陶瓷是生產(chǎn)制作壓電馬達(dá)、壓電變壓器、渦街流量計等壓電器件的材料基礎(chǔ)。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號處理器，其內(nèi)部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對傳感器的溫度補(bǔ)償。本研究直接根據(jù)各種壓電器件對壓電陶瓷的物理性能參數(shù)的要求，通過大量實(shí)驗研究了以鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)為基的三元系壓電陶瓷PMN-PZT、PMS-PZT、PZN-PZT和四元系壓電陶瓷PMS-PZN-PZT、PMS-PMN-PZT、PZN-PMN-PZT.

壓電陶瓷的性能指標(biāo)如下：

(1) 自由介電常數(shù) /e0：1000~6000；

(2) 介電損耗tand：（2~12）′10-3；

(3) 壓電應(yīng)變系數(shù)d33：300~600pC/N；

(4) 平面機(jī)電耦合系數(shù)kp：0.56~0.70；

(5) 機(jī)械品質(zhì)因素Qm：100~2000；

(6) 居里溫度Tc：280~400°C。

設(shè)備要求：球磨機(jī)、噴霧造粒機(jī)、自動壓片機(jī)、燒結(jié)爐、電極燒滲爐、極化高壓裝置、阻抗頻譜儀、d33準(zhǔn)靜態(tài)測試儀。

超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號，在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間，即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有很多其它方法的優(yōu)點(diǎn)：（1）無任何機(jī)械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾，不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長；盲區(qū)直接反射式超聲波傳感器不能可靠檢測位于超聲波換能器前段的部分物體。（2）其響應(yīng)時間短可以方便的實(shí)現(xiàn)無滯后的實(shí)時測量

系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時間，根據(jù)媒質(zhì)中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而確定液面。考慮到環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響，通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽鞑ニ俣扔枰孕Ｕ蕴岣邷y量精度。特點(diǎn)是具有較低的介質(zhì)損耗和機(jī)械損耗，以及較高的機(jī)電耦合系數(shù)，介電常數(shù)和壓電系數(shù)。計算公式為：

V=331.5 0.607T （1）

式中：V為超聲波在空氣中傳播速度；T為環(huán)境溫度。

S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）

式中：S為被測距離；t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時間差；它是由鈦酸鉛和鋯酸鉛組成的固溶體，其具有很高的介電常數(shù)，工作溫度可達(dá)250攝氏度，各項機(jī)電參數(shù)隨溫度和時間等外界因素的變化較小。t1為超聲回波接收時刻；t0為超聲脈沖發(fā)射時刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測量t0時刻和t1時刻，根據(jù)以上公式，用軟件編程即可得到被測距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號處理器，其內(nèi)部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對傳感器的溫度補(bǔ)償。