CN208385459U - 压电元件变温极化装置和压电元件极化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种压电元件变温极化装置和压电元件极化系统，该压电元件变温极化装置包括：控制组件，所述控制组件包括加压单元和控制单元，所述加压单元和控制单元电连接；极化池，所述极化池具有用以盛装硅油的容腔，所述容腔内设有极化组件，所述加压单元与所述极化组件电连接；及抽提装置，所述抽提装置与所述极化池的容腔连通，并与所述控制单元电连接，所述抽提装置用于抽出或释放所述容腔内的硅油。本实用新型的压电元件变温极化装置旨在解决实现快速降温，且不会减少压电性能的损失的技术问题。

Description

压电元件变温极化装置和压电元件极化系统

技术领域

本实用新型涉及压电元件极化技术领域，特别涉及一种压电元件变温极化装置及应用该压电元件变温极化装置的压电元件极化系统。

背景技术

目前市场上的压电元件，特别是压电陶瓷，需要经过极化过程才可以使用。传统的极化方式是将压电元件及极化工装浸入设定极化温度的油浴槽中进行极化，极化过程中的极化温度不变。

极化工艺的主要目的是使压电元件中的自发偶极子在电场的驱动下，克服矫顽场进行取向。矫顽场随温度的升高而减小，因此高温下更容易极化充分，获得良好的压电性能。但是在极化完成断电后，高温会促使压电陶瓷退极化，损失一定的压电性能，造成压电元件的压电性能降低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种压电元件变温极化装置，旨在实现快速降温，且不会减少压电性能。

为实现上述目的，本实用新型提出的压电元件变温极化装置，包括：

控制组件，所述控制组件包括加压单元和控制单元，所述加压单元和控制单元电连接；

极化池，所述极化池具有用以盛装硅油的容腔，所述容腔内设有极化组件，所述加压单元与所述极化组件电连接；及

抽提装置，所述抽提装置与所述极化池的容腔连通，并与所述控制单元电连接，所述抽提装置用于抽出或释放所述容腔内的硅油。

进一步地，所述极化组件包括固定座和至少两个电极，所述固定座背向所述容腔底壁的一侧设置有凹槽，所述电极设于所述凹槽内。

进一步地，定义所述凹槽的深度为d，1mm≤d≤50mm。

进一步地，所述固定座背向所述凹槽开口的一侧设置有支撑件，所述支撑件与所述容腔的底壁连接。

进一步地，所述极化池设有加热组件，所述加热组件与所述控制单元电连接。

进一步地，所述极化池还设有温度传感器，所述温度传感器和所述加热组件间隔设置，所述温度传感器与所述控制单元电连接。

进一步地，所述抽提装置包括抽出所述容腔内硅油的抽油组件，所述抽油组件包括抽油管、油泵及储油箱，所述抽油管的一端连通所述容腔，所述抽油管的另一端连通所述储油箱，所述油泵设于所述抽油管，并与所述控制单元电连接。

进一步地，所述抽提装置还包括加油组件，所述加油组件包括加油管、输油泵及盛油箱，所述加油管的一端连通所述容腔，所述加油管的另一端连通所述盛油箱，所述输油泵设于所述加油管，并与所述控制单元电连接。

进一步地，所述容腔的底壁开设有抽油孔，所述抽油管通过所述抽油孔与所述容腔连通；

且/或，所述容腔的侧壁开设有加油孔，所述加油孔与所述容腔底壁的高度大于所述极化组件与所述容腔底壁的高度，所述加油管通过所述加油孔与所述容腔连通；

且/或，所述极化池内还设有除泡器，所述除泡器与所述控制单元电连接。

本实用新型还提出一种一种压电元件极化系统，包括上述所述的压电元件变温极化装置。

本实用新型的压电元件变温极化装置通过设置抽提装置，抽提装置与极化池的容腔连通，压电元件在极化池内完成极化后，通过抽提装置将容腔内的硅油抽出，或者释放低温硅油，以实现压电元件的快速降温，在压电元件达到较低温度后，停止对压电元件极化，从而避免压电元件在高温下停止极化造成退极化现象，有利于降低压电元件的压电性能损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型压电元件变温极化装置一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型压电元件变温极化装置另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型极化组件一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	压电元件变温极化装置	24	加油孔
10	控制组件	30	抽提装置
				11	加压单元	31	抽油组件
12	控制单元	311	抽油管
				20	极化池	312	油泵
21	容腔	313	储油箱
				22	极化组件	32	加油组件
221	固定座	321	加油管
				222	电极	322	输油泵
223	凹槽	323	盛油箱
				224	支撑件	40	导线
23	抽油孔

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种压电元件变温极化装置100。

参阅图1至图3，在本实用新型实施例中，该压电元件变温极化装置100包括控制组件10、极化池20及抽提装置30。其中，控制组件10包括加压单元11和控制单元12，加压单元11和控制单元12电连接；极化池20具有用以盛装硅油的容腔21，容腔21内设有极化组件22，加压单元11与极化组件22电连接；抽提装置30与极化池20的容腔连通，并与控制单元12电连接，抽提装置30用于抽出或释放容腔21内的硅油。

具体地，压电元件的极化处理由两种方式，一种是硅油极化，一种是空气极化。压电元件的极化目的是使电畴偏转，达到饱和极化强度，高压下畴偏转很快，考虑到高压下压电元件容易被击穿，一般采用降低极化电压，延长极化时间和提高极化温度，温度高可促进畴的偏转。

可以理解的，压电元件的极化处理是选择硅油极化还是空气极化视极化电压而定。例如，极化电压较高时，可能击穿空气，造成表面放电，从而损坏样品，此时一般采用硅油极化。本实用新型提出的压电元件变温极化装置100用于压电元件的硅油极化处理中。压电元件变温极化装置100中的极化池20具有用以盛装硅油的容腔21，硅油起到绝缘、灭弧、散热的作用，容腔21中盛装硅油，容腔21内设有极化组件22，压电元件安装于极化组件22并浸入硅油中进行极化，有利于压电元件在极化电压较高时避免压电元件被击穿，而受到损坏。

现有压电元件的极化组件，在压电元件完成极化后不能实现快速降温，导致压电元件在高温下退极化，损失一定的压电性能。本实用新型提出的压电元件变温极化装置100通过设置抽提装置30，抽提装置30与极化池20的容腔21连通。压电元件在极化池20内完成极化后，通过抽提装置30将容腔21内的硅油抽出，或者释放低温硅油，从而对压电元件实现快速降温；在压电元件达到较低温度后，再停止对压电元件极化，如此可避免压电元件在高温下停止极化造成退极化现象，有利于降低压电元件的压电性能损失。

在本实施例中，控制组件10可以是控制器或主控装置，控制组件10包括加压单元11和控制单元12，加压单元11通过导线40与极化组件22电连接。加压单元11用于对极化组件22上的压电元件进行加压，控制单元12用于控制加压单元11对压电元件的加压、升压或停止加压等操作，在本实施例中，控制单元12还用于控制抽提装置30抽出或释放容腔21内的硅油。可以理解的，加压单元11与控制单元12可以是一体设计，也可以是分体设置。例如，加压单元11可以是耐压测试仪，耐压测试仪同时具有加压单元11和用于控制加压单元11对压电元件的加压、升压或停止加压等操作的控制单元。

可以理解的，本实施例通过如下方式实现压电元件的极化。将压电元件安装固定于极化组件22，将压电元件和极化组件22浸入极化池20容腔21内的硅油中，控制单元12控制加压单元11通过导线40对极化组件22上的压电元件进行极化处理；待压电元件完成极化时，控制单元12继续控制加压单元11对压电元件保持极化电压，此时，控制单元12控制抽提装置30将容腔21内的硅油抽出，使压电元件和极化组件22露出硅油，如此，压电元件和极化组件22在空气中可实现快速降温；待压电元件的温度降低至小于70℃后，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化，如此，避免了压电元件在高温下停止极化造成退极化的现象，有利于降低压电元件的压电性能损失。

当然，为了进一步实现快速降低压电元件的温度，控制单元12还可以控制抽提装置30往容腔21内释放低温度的硅油，以使压电元件和极化组件22浸入低温度的硅油，如此可实现快速降低压电元件的温度，本实用新型不限于此。可以理解的，本实施例中的抽提装置30只要是能够实现用于抽出或释放容腔21内硅油的装置均可，在此不做不限定。在本实施例中，极化组件22可以固设于容腔21内，也可以是可拆卸地安装于容腔21内，如此方便压电元件的安装、拆卸，以及提高使用者的安全性。

进一步地，参阅图3所示，在本实施例中，极化组件22包括固定座221和至少两个电极222，固定座221背向容腔21底壁的一侧设置有凹槽223，电极222设于凹槽223内。

具体地，固定座221由绝缘材料制成，本实施例中优选地固定座221采用聚四氟乙烯绝缘板制成，当然为了确保固定座221的强度，固定座221可以是多层结构设置，多层结构可以均为绝缘材料，也可以不全为绝缘材料。在本实施例中，固定座221背向容腔21底壁的一侧设置有凹槽223，该凹槽223的内壁均有聚四氟乙烯绝缘板制成，电极222设于凹槽223内，优选地，电极222设于凹槽223的底壁上。聚四氟乙烯绝缘板有利于避免凹槽223内多个电极222相互之间导电而造成短路。

可以理解的，固定座221上的凹槽223可以是直接凹设加工成型，也可以是在固定座221的周缘凸设有侧壁，侧壁围合形成凹槽223，在此不作限定。固定座221上设置凹槽223，在控制单元12控制抽提装置30将容腔21内的硅油抽出，使压电元件和极化组件22露出硅油时，固定座221的凹槽223中仍存留有少量的硅油，可保证压电元件的温度降低至小于70℃的过程中，控制单元12控制加压单元11对压电元件极化时，压电元件不被击穿和损坏。当然，由于固定座221上凹槽223内的硅油量过少，不影响压电元件的温度快速降低至小于70℃。

在本实施例中，固定座221的凹槽223内设置有多个电极222，多个压电元件可同时进行极化。例如，每一个压电元件可用两个电极222固定，电极222分别通过导线40与加压单元11连接，当然，压电元件还可以通过三个电极222进行固定的情况，在此不作限定。本实施例中，为了更好的固定和安装压电元件，电极222为为弹片，或者电极222上设有用于固定压电元件的弹簧片。

进一步地，为了更好的控制和防止压电元件和极化组件22露出硅油时，继续极化压电元件而不被击穿和损坏，参阅图3所示，作为本实施例的优选实施方案，定义凹槽223的深度为d，1mm≤d≤50mm。优选的，凹槽223的深度d为1mm、2mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、15mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、25mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、35mm、38mm、40mm、42mm、45mm、48mm、50mm。

进一步地，为了更好的将极化组件22设置于极化池20的容腔21中，并使固定座221上的电极222避免与极化池20接触。参阅图1至图3所示，在本实施例中，固定座221背向凹槽223开口的一侧设置有支撑件224，支撑件224与容腔21的底壁连接。可以理解的，支撑件224优选的采用绝缘材料制成，支撑件224可以是固设于容腔21的底壁上，也可以是可拆卸的连接于容腔21的底壁上，在此不作限定。当然，支撑件224可以是固定连接于固定座221，也可以是可拆卸地与固定座221连接，如此有利于固定座221的安装和维修，在此不做限定。

进一步地，为了更加方便的对压电元件进行极化，极化池20的容腔21内的硅油温度在70℃至150℃，如此，为了方便实现调节极化池20内的硅油温度，在本实施例中，极化池20设有加热组件(未图示)，加热组件与控制单元12电连接。可以理解的，加热组件可以是与极化池20为一体设置，也可以是分体设置于极化池20的底部或者侧壁。控制单元12还可用于控制加热组件进行加热、升温或停止加热等操作。在本实施例中，加热组件可以是加热盘、电热丝或发热组件等，在此不作限定。当然，加热组件也可以与控制单元12为一体设置，在此不作限定。

进一步地，为了更好的控制极化池20内硅油的温度，并方便显示和调节加热组件的加温情况，在本实施例中，极化池20还设有温度传感器(未图示)，温度传感器和加热组件间隔设置，温度传感器与控制单元12电连接。可以理解的，温度传感器可以是感温元件、热电偶等，在此不做限定。控制单元12根据温度传感器检测到极化池20内硅油的温度，并控制加热组件以调节极化池20内硅油的温度。

参阅图1和图2所示，在本实施例中，抽提装置30包括抽出容腔21内硅油的抽油组件31，抽油组件31包括抽油管311、油泵312及储油箱313，抽油管311的一端连通容腔21，抽油管311的另一端连通储油箱313，油泵312设于抽油管311，并与控制单元12电连接。

当压电元件完成极化时，控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压的同时，控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出并转移至储油箱313内，便于下次极化使用。可以理解的，极化池20开设有连通容腔21的抽油孔23，抽油管311通过抽油孔23与容腔21连通。

为了更好的控制极化池20容腔21内硅油的抽出，极化池20在抽油孔23处或者抽油管311上设置有开关组件，开关组件可以是现有公开的结构，在此不做限定。可以理解的，抽油孔23可以设置在容腔21的侧壁或底壁上。为了更好的将极化池20容腔21内的硅油抽出，当抽油孔23设置在容腔21的侧壁时，抽油孔23与容腔21底壁之间的距离小于固定座221与容腔21底壁之间的距离。优选地，容腔21的底壁开设有抽油孔23。

进一步地，为了进一步实现压电元件的快速降温，参阅图2所示，在本实施例中，抽提装置30还包括加油组件32，加油组件32包括加油管321、输油泵322及盛油箱323，加油管321的一端连通容腔21，加油管321的另一端连通盛油箱323，输油泵322设于加油管321，并与控制单元12电连接。

当控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出时，控制单元12控制输油泵322将盛油箱323内低温度的硅油释放至极化池20的容腔21中，并使低温度的硅油没过固定座固定座221和压电元件，此时控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压，直至压电元件的温度降低至小于70℃后，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化，取出压电元件。

为了更好的使低温度的硅油没过固定座固定座221和压电元件，本实施例中，容腔21的侧壁开设有加油孔24，加油管321通过加油孔24与容腔21连通，加油孔24与容腔21底壁的高度大于极化组件22与容腔21底壁的高度，如此，可保证将盛油箱323内的低温度硅油释放至极化池20的容腔21中时，低温度的硅油没过固定座固定座221和压电元件。为了更好的控制往极化池20容腔21内释放硅油，极化池20在加油孔24处或者加油管321上设置有开关组件，开关组件可以是现有公开的结构，在此不做限定。

进一步地，为了去除加入极化池20容腔21内低温度的硅油的气泡，极化池20的容腔21内还设有除泡器，除泡器与控制单元12电连接。可以理解的，除泡器用于去除容腔21内硅油的气泡。除泡器的可以是现有公开能够去除液体(例如硅油)内气泡的结构，在此不做限定。

在一实施例中，本实用新型利用压电元件变温极化装置100对压电元件进行极化的方法，包括如下步骤：

步骤S10：将压电元件固定在极化组件22的固定座221上；

步骤S20：将固定座221和压电元件浸入至极化池20的硅油中，硅油温度为：70℃～150℃；

步骤S30：控制单元12控制加压单元11通过导线40和电极222对固定座221上的压电元件极化，加压单元11在压电元件上的电压为：20V～10000V，极化时间为：1min～60min；

步骤S40：当加压单元11对压电元件极化完成时，控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压的同时，控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出并转移至储油箱313内；

步骤S50：当加压单元11对压电元件继续极化至压电元件的温度降低至小于70℃时，此时极化时间为：1min～10min，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化。

具体地，在一实施例中，压电元件优选为压电陶瓷，取一个直径10mm，厚度1mm的压电陶瓷圆片通过电极22固定在固定座221的凹槽223内，将固定座221和压电元件浸入至极化池20的硅油中，控制硅油的温度为100℃，控制单元12控制加压单元11按1kV/min速度升压至3kV，对固定座221上的压电元件极化，保压极化30min，控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压的同时，控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出并转移至储油箱313内，继续保压极化5min后，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化。

在另一实施例中，本实用新型利用压电元件变温极化装置100对压电元件进行极化的方法，包括如下步骤：

步骤S10：将压电元件固定在极化组件22的固定座221上；

步骤S20：将固定座221和压电元件浸入至极化池20的硅油中，硅油温度为：70℃～150℃；

步骤S30：控制单元12控制加压单元11通过导线40和电极222对固定座221上的压电元件极化，加压单元11在压电元件上的电压为：20V～10000V，极化时间为：1min～60min；

步骤S40：当加压单元11对压电元件极化完成时，控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压的同时，控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出并转移至储油箱313内，控制单元12控制输油泵322将盛油箱323内低温度的硅油释放至极化池20的容腔21中，并使低温度的硅油没过固定座固定座221和压电元件，低温度的硅油温度为：室温～70℃；

步骤S50：当加压单元11对压电元件继续极化1min～10min，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化。

具体地，在一实施例中，压电元件优选为压电陶瓷，取一个直径10mm，厚度1mm的压电陶瓷圆片通过电极22固定在固定座221的凹槽223内，将固定座221和压电元件浸入至极化池20的硅油中，控制硅油的温度为100℃，控制单元12控制加压单元11按1kV/min速度升压至3kV，对固定座221上的压电元件极化，保压极化30min，控制单元12控制加压单元11继续对压电元件保持极化电压的同时，控制单元12控制油泵312通过抽油管311将极化池20容腔21内的硅油抽出并转移至储油箱313内，且控制单元12控制输油泵322将盛油箱323内低温度的硅油释放至极化池20的容腔21中，并使低温度的硅油没过固定座固定座221和压电元件，控制低温度硅油的温度为50℃，继续保压极化5min后，控制单元12控制加压单元11对压电元件停止极化。

本实用新型还提出一种压电元件极化系统，包括上述的压电元件变温极化装置100。该压电元件变温极化装置100的具体结构参照上述实施例，由于本压电元件极化系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种压电元件变温极化装置，其特征在于，包括：

控制组件，所述控制组件包括加压单元和控制单元，所述加压单元和控制单元电连接；

极化池，所述极化池具有用以盛装硅油的容腔，所述容腔内设有极化组件，所述加压单元与所述极化组件电连接；及

抽提装置，所述抽提装置与所述极化池的容腔连通，并与所述控制单元电连接，所述抽提装置用于抽出或释放所述容腔内的硅油。

2.如权利要求1所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述极化组件包括固定座和至少两个电极，所述固定座背向所述容腔底壁的一侧设置有凹槽，所述电极设于所述凹槽内。

3.如权利要求2所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，定义所述凹槽的深度为d，1mm≤d≤50mm。

4.如权利要求3所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述固定座背向所述凹槽开口的一侧设置有支撑件，所述支撑件与所述容腔的底壁连接。

5.如权利要求1所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述极化池设有加热组件，所述加热组件与所述控制单元电连接。

6.如权利要求5所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述极化池还设有温度传感器，所述温度传感器和所述加热组件间隔设置，所述温度传感器与所述控制单元电连接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述抽提装置包括抽出所述容腔内硅油的抽油组件，所述抽油组件包括抽油管、油泵及储油箱，所述抽油管的一端连通所述容腔，所述抽油管的另一端连通所述储油箱，所述油泵设于所述抽油管，并与所述控制单元电连接。

8.如权利要求7所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述抽提装置还包括加油组件，所述加油组件包括加油管、输油泵及盛油箱，所述加油管的一端连通所述容腔，所述加油管的另一端连通所述盛油箱，所述输油泵设于所述加油管，并与所述控制单元电连接。

9.如权利要求8所述的压电元件变温极化装置，其特征在于，所述容腔的底壁开设有抽油孔，所述抽油管通过所述抽油孔与所述容腔连通；

且/或，所述容腔的侧壁开设有加油孔，所述加油孔与所述容腔底壁的高度大于所述极化组件与所述容腔底壁的高度，所述加油管通过所述加油孔与所述容腔连通；

且/或，所述极化池内还设有除泡器，所述除泡器与所述控制单元电连接。

10.一种压电元件极化系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的压电元件变温极化装置。