【導讀】壓電陶瓷是機械能與電能的換能器。壓電陶瓷馬達、揚聲器可以將電能轉換成機械能
；壓電陶瓷點火裝置是將機械能轉換成電能。

01 壓電陶瓷

壓電陶瓷是機械能與電能的換能器。壓電陶瓷馬達、揚聲器可以將電能轉換成機械能
；壓電陶瓷點火裝置是將機械能轉換成電能。

氣體打火機點火組件裝置的外觀：

圖1.1 打火機電話裝置的外觀

1.1 點火裝置結構

xiamiangeichuleqitidahuojineibuyadiantaocidianhuoqideshijizhuangzhidejiegoutu。lingrenganxingqudeshi，zaidianhuozhuangzhizhongdeyadiantaocishifenweiliangduan
，gaoyashuchushicongzhongjianbuweiyinchu。

圖1.2 打火機內部壓電陶瓷點火器的實際裝置

下麵的壓電陶瓷結構示意圖表麵，內部兩段 壓電陶瓷從電路上是兩段壓電陶瓷組件並聯
，這樣可以增加對外輸出電流。

●    為什麼這樣設計
？

●    是否所有的電子打火機都是這樣設計？

圖1.3 打火機壓電陶瓷裝置結果示意圖

從cong結jie構gou上shang來lai講jiang，使shi用yong將jiang兩liang段duan等deng長chang壓ya電dian陶tao瓷ci頭tou對dui頭tou連lian接jie，可ke以yi保bao證zheng電dian極ji產chan生sheng高gao壓ya時shi上shang下xia兩liang端duan電dian位wei是shi相xiang同tong，這zhe樣yang就jiu避bi免mian高gao壓ya通tong過guo彈dan簧huang傳chuan遞di到dao按an壓ya手shou指zhi上shang對dui人ren體ti產chan生sheng點dian擊ji。這zhe個ge設she計ji十shi分fen的de巧qiao妙miao。

1.2 壓電陶瓷參數

在 電子打火機的電壓有多少伏_打火機電子點火器電壓分析 - 全文[1] 給出了氣體打火機壓電陶瓷的工作參數。

電子打火機的打火裝置產生的電壓一般能夠擊穿5-10毫米的空氣，自然界的幹燥空氣擊穿電壓並不與距離成比例，一般是0.5毫米擊穿電壓1800伏左右，而1毫米擊穿電壓約為2000伏，5毫米的擊穿電壓大約4000伏
，10毫米空氣的擊穿電壓大約為6000伏。

圖1.2.1  壓電陶瓷電火過程

通過示波器測量可以知道，打火機壓電陶瓷產生的電壓在3000V以上，這樣高的電壓能夠擊穿2毫米左右的空氣，從而讓介於金屬的線頭和金屬的氣孔噴嘴中間的丁烷氣體瞬間燃燒。而壓電感應產生的電流時間僅僅隻有短暫的0.01s，不會對人體造成傷害的，最多也是感到觸電部位發麻。

圖1.2.2 氣體打火機高壓放電電極與噴氣口

1.3 壓電陶瓷製作

同樣在電子打火機的電壓有多少伏_打火機電子點火器電壓分析 - 全文[1]中講述了壓電陶瓷製作過程。

其(qi)實(shi)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)在(zai)燒(shao)成(cheng)之(zhi)後(hou)要(yao)置(zhi)於(yu)強(qiang)直(zhi)流(liu)電(dian)場(chang)下(xia)進(jin)行(xing)極(ji)化(hua)處(chu)理(li)，經(jing)過(guo)極(ji)化(hua)處(chu)理(li)後(hou)的(de)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)會(hui)保(bao)留(liu)一(yi)定(ding)的(de)宏(hong)觀(guan)剩(sheng)餘(yu)極(ji)化(hua)強(qiang)度(du)
，從(cong)而(er)使(shi)陶(tao)瓷(ci)具(ju)有(you)了(le)一(yi)定(ding)的(de)壓(ya)電(dian)性(xing)質(zhi)，簡(jian)單(dan)說(shuo)就(jiu)是(shi)經(jing)過(guo)極(ji)化(hua)了(le)的(de)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)片(pian)的(de)兩(liang)端(duan)會(hui)出(chu)現(xian)束(shu)縛(fu)電(dian)荷(he)（在電極表麵上吸附了一層來自外界的自由電荷）。

圖1.3.1 壓電效應的基本原理

當給陶瓷片施加一外界壓力（比如按下打火機的按鈕）時，陶瓷片的兩端會出現放電現象，這個放出來的電通過一根細細的電線傳導到氣孔
，金屬的線頭和金屬的氣孔噴嘴構成正負極（相當於線頭和噴嘴之間人造了一個小的閃電），產生的電弧就能把氣體點燃。

圖1.3.2 點火裝置中的壓電效應

02 電氣參數

2.1 壓電陶瓷表麵電場

根據前麵關於壓電陶瓷製作過程來看
，壓電陶瓷本身應該具有駐極體特性
，表麵存在一定量的殘存電荷。

下麵是從實際氣體打火機點火壓電陶瓷上拆卸下一段壓電陶瓷
，它的一端固定有金屬帽。從結構上這部分 應該屬於壓電陶瓷的負極。

圖2.1 壓電陶瓷柱

壓電陶瓷殘存電荷所形成的電場可以由電場表檢測出來。將上麵壓電陶瓷一端對準靜電表，可以看到讀數顯示為 -8.9kV。

圖2.2 壓電陶瓷表麵的電場

上麵測量數字是將 壓電陶瓷正極對準靜電表測量窗口獲得的。可以看到在沒有施加壓力的情況下，壓電陶瓷正極表麵電場為負值。

圖2.3 測量壓電陶瓷極柱體表麵電場

2.2 電極參數

利用 SmartTweezer 測量點火高壓電極與金屬底座之間的阻抗參數。

圖2.2.1 測量高壓放電電極與壓電陶瓷兩端阻抗

●  電極阻抗參數： 

   電容：6.3pF

   電阻：100MΩ

2.3 絕緣電阻

利用絕緣電阻測量儀測量壓電陶瓷兩端的電阻。

●    測量結果：  兩端的電阻超過20GΩ。

圖2.2.2 絕緣電阻測量

2.4 兩端電壓波形

liyongshiboqiceliangyadiantaocizhengjidianya。shiyonggaizhuijiyayadiantaoci，ranhouturanshifangyali。xiamianshitongguoshiboqidedancichufaceliangdaodedianyaboxing。keyikandaozaiyalituranjianxiao，yadiantaocizhengjichuxianyigefumaichong。

圖2.4.1 兩端電壓波形

2.5 壓電陶瓷變形

在壓電陶瓷兩端施加電壓，應該會引起壓電陶瓷形變。下麵利用相位攝像頭對陣點火壓電陶瓷一段進行觀察，同時對壓電陶瓷施加+2000V電壓。結果沒有能夠觀察到任何形變。

圖2.4.2 壓電陶瓷變形

這也說明壓電陶瓷的形變係數非常小。

利用脈衝20KV高壓發生器電弧打火[2]  產生的高壓脈衝信號施加在壓電陶瓷兩端。下麵動圖可以看到壓電陶瓷模塊內有出現可震動，使得內部有液體流出。

圖2.5.2  壓電陶瓷內部的變化

※ 測量總結 ※

本文對於氣體打火機的 壓電陶瓷特性進行出初步測量。利用示波器觀察到陶瓷兩邊在壓力變化時所產生的電壓變化信號。對於壓電陶瓷施加2000V直流電壓，沒有能夠觀察到任何形變。

參考資料

[1]電子打火機的電壓有多少伏_打火機電子點火器電壓分析 - 全文: http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171221606100_a.html

[2]脈衝20KV高壓發生器電弧打火: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/118341675

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