打火機是怎么弄出幾千伏高壓的？
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??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(diǎn)火裝置是將機械能轉換成電能。
??氣體打火機點(diǎn)火組件裝置的外觀(guān)：
▲ 圖1.1 打火機電話(huà)裝置的外觀(guān)
??下面給出了氣體打火機內部壓電陶瓷點(diǎn)火器的實(shí)際裝置的結構圖。令人感興趣的是，在點(diǎn)火裝置中的壓電陶瓷是分為兩段，高壓輸出是從中間部位引出。
▲ 圖1.2 打火機內部壓電陶瓷點(diǎn)火器的實(shí)際裝置
??下面的壓電陶瓷結構示意圖表面，內部?jì)啥?壓電陶瓷從電路上是兩段壓電陶瓷組件并聯(lián)，這樣可以增加對外輸出電流。
- 為什么這樣設計？
- 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
??從結構上來(lái)講，使用將兩段等長(cháng)壓電陶瓷頭對頭連接，可以保證電極產(chǎn)生高壓時(shí)上下兩端電位是相同，這樣就避免高壓通過(guò)彈簧傳遞到按壓手指上對人體產(chǎn)生點(diǎn)擊。這個(gè)設計十分的巧妙。
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(diǎn)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(chǎn)生的電壓一般能夠擊穿5-10毫米的空氣，自然界的干燥空氣擊穿電壓并不與距離成比例，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(guò)程
??通過(guò)示波器測量可以知道，打火機壓電陶瓷產(chǎn)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，從而讓介于金屬的線(xiàn)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(chǎn)生的電流時(shí)間僅僅只有短暫的0.01s，不會(huì )對人體造成傷害的，最多也是感到觸電部位發(fā)麻。
▲ 圖1.2.2 氣體打火機高壓放電電極與噴氣口
??同樣在電子打火機的電壓有多少伏_打火機電子點(diǎn)火器電壓分析 - 全文[1]中講述了壓電陶瓷制作過(guò)程。
??其實(shí)壓電陶瓷在燒成之后要置于強直流電場(chǎng)下進(jìn)行極化處理，經(jīng)過(guò)極化處理后的壓電陶瓷會(huì )保留一定的宏觀(guān)剩余極化強度，從而使陶瓷具有了一定的壓電性質(zhì)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是經(jīng)過(guò)極化了的壓電陶瓷片的兩端會(huì )出現束縛電荷（在電極表面上吸附了一層來(lái)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(shí)，陶瓷片的兩端會(huì )出現放電現象，這個(gè)放出來(lái)的電通過(guò)一根細細的電線(xiàn)傳導到氣孔，金屬的線(xiàn)頭和金屬的氣孔噴嘴構成正負極（相當于線(xiàn)頭和噴嘴之間人造了一個(gè)小的閃電），產(chǎn)生的電弧就能把氣體點(diǎn)燃。
▲ 圖1.3.2 點(diǎn)火裝置中的壓電效應
??根據前面關(guān)于壓電陶瓷制作過(guò)程來(lái)看，壓電陶瓷本身應該具有駐極體特性，表面存在一定量的殘存電荷。
??下面是從實(shí)際氣體打火機點(diǎn)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 應該屬于壓電陶瓷的負極。
▲ 圖2.1 壓電陶瓷柱
??壓電陶瓷殘存電荷所形成的電場(chǎng)可以由電場(chǎng)表檢測出來(lái)。將上面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 壓電陶瓷表面的電場(chǎng)
??上面測量數字是將 壓電陶瓷正極對準靜電表測量窗口獲得的?？梢钥吹皆跊](méi)有施加壓力的情況下，壓電陶瓷正極表面電場(chǎng)為負值。
▲ 圖2.3 測量壓電陶瓷極柱體表面電場(chǎng)
??利用 SmartTweezer 測量點(diǎn)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
??利用絕緣電阻測量?jì)x測量壓電陶瓷兩端的電阻。
- 測量結果： 兩端的電阻超過(guò)20GΩ。
▲ 圖2.2.2 絕緣電阻測量
??利用示波器測量壓電陶瓷正極電壓。使用改錐擠壓壓電陶瓷，然后突然釋放壓力。下面是通過(guò)示波器的單次觸發(fā)測量到的電壓波形?？梢钥吹皆趬毫ν蝗粶p小，壓電陶瓷正極出現一個(gè)負脈沖。
▲ 圖2.4.1 兩端電壓波形
??在壓電陶瓷兩端施加電壓，應該會(huì )引起壓電陶瓷形變。下面利用相位攝像頭對陣點(diǎn)火壓電陶瓷一段進(jìn)行觀(guān)察，同時(shí)對壓電陶瓷施加+2000V電壓。結果沒(méi)有能夠觀(guān)察到任何形變。
▲ 圖2.4.2 壓電陶瓷變形
??這也說(shuō)明壓電陶瓷的形變系數非常小。
??利用 脈沖20KV高壓發(fā)生器電弧打火[2] 產(chǎn)生的高壓脈沖信號施加在壓電陶瓷兩端。下面動(dòng)圖可以看到壓電陶瓷模塊內有出現可震動(dòng)，使得內部有液體流出。
▲ 圖2.5.2 壓電陶瓷內部的變化
??本文對于氣體打火機的 壓電陶瓷特性進(jìn)行出初步測量。利用示波器觀(guān)察到陶瓷兩邊在壓力變化時(shí)所產(chǎn)生的電壓變化信號。對于壓電陶瓷施加2000V直流電壓，沒(méi)有能夠觀(guān)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(diǎn)火器電壓分析 - 全文: http://www.elecfans.com/dianzichangshi/20171221606100_a.html
[2]脈沖20KV高壓發(fā)生器電弧打火: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/118341675
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