阻抗型石英晶体微天平的结构和优势详细介绍
点击次数:536 更新时间:2023-04-06
阻抗型石英晶体微天平是一种高精度的质量测量设备,主要应用于化学、生物、材料科学等领域中微量物质的分析和测量。本文将对原理、结构及其在实际应用中的优势进行详细介绍。
原理
测量原理基于石英晶体在外加电场作用下的压电效应。当一个石英晶体受到外力或质量的变化时,其表面电荷分布也会发生变化,从而导致晶体振动频率的改变。通过测量晶体振动频率的变化,可以计算出被测物体的质量。
结构
阻抗型石英晶体微天平由石英晶体谐振器和驱动电极、感应电极、温度传感器等组成。其中驱动电极和感应电极位于石英晶体的两端,负责产生电场和检测振动信号;温度传感器则用于实时监测晶体温度,以保证测量结果的准确性。此外,为了防止外界干扰,常常采用封闭式结构,并使用金属壳体进行屏蔽。
相对于其他质量测量设备,具有以下优势:
1.高精度:由于其测量原理的特殊性,能够实现亚微克级别的高精度测量。
2.快速响应:晶体振动频率的变化与被测物体的质量成正比,因此其响应速度非常快,可以实现几毫秒级别的快速测量。
3.高灵敏度:由于石英晶体本身的强压电效应和阻抗匹配技术的应用,能够实现较高的灵敏度和稳定性。
4.无需标定:传统的质量测量设备需要经过复杂的标定过程,而阻抗型石英晶体微天平可以实现自校准,避免了标定所带来的误差。
应用
广泛应用于化学、生物、材料科学等领域,特别是在微量物质的分析和测量方面具有重要作用。例如,在化学反应动力学的研究中,可以通过测量反应过程中物质的质量变化来确定反应速率、反应级数等参数;在生物学研究中,则可以利用其高灵敏度和快速响应特性测量细胞代谢产物的变化,探究细胞活动的规律性。