Inleiding tot piëso-elektriese materiale en tegniese parameters

Piëzo-elektriese materiaal piëzokeramiek is kristallyne materiale wat 'n spanning tussen hul twee ente genereer wanneer druk toegepas word. In 1880 het die Franse fisici P. Curie en J. Curie-broers ontdek dat wanneer 'n swaar voorwerp op 'n kwartskristal geplaas word, sommige oppervlaktes van die kristal ladings sal genereer, en die hoeveelheid lading is eweredig aan die druk. Hierdie verskynsel word die piëso-elektriese effek genoem. Onmiddellik daarna het die Curie-broers die omgekeerde piëso-elektriese effek ontdek, dit wil sê, die piëso-elektriese liggaam vervorm onder die werking van 'n eksterne elektriese veld. Die meganisme van die piëso-elektriese effek is: die kristal met piëso-elektrisiteit het lae simmetrie. Wanneer dit deur 'n eksterne krag vervorm word, maak die relatiewe verplasing van die positiewe en negatiewe ione in die eenheidsel dat die positiewe en negatiewe ladingsentrums nie meer oorvleuel nie, wat lei tot makroskopiese polarisasie van die kristal, terwyl die oppervlaklading oppervlakdigtheid van die kristal gelyk is aan die projeksie van die polarisasie-intensiteit op die oppervlak normale rigting, dus wanneer die lading piëzolektriese teken op die druk van die materiaal gedeformeer word, sal dit verskyn twee punte van die piëzo-elektriese materiaal. Omgekeerd, wanneer 'n piëso-elektriese materiaal in 'n elektriese veld gepolariseer word, vervorm die materiaal as gevolg van die verplasing van die ladingsentrum.

 

Piëso-elektriese plaatsensor kan elektriese velde genereer as gevolg van meganiese vervorming, en kan ook meganiese vervorming genereer as gevolg van die werking van elektriese velde. Hierdie inherente elektromeganiese koppelingseffek maak dat piëzo-elektriese materiale wyd in ingenieurswese gebruik word. Byvoorbeeld, piëzo-elektriese materiale is gebruik om slim strukture te maak. Benewens selfonderhoudende vermoëns, het sulke strukture ook funksies soos selfdiagnose, selfaanpassing en selfgenesing, en sal 'n belangrike rol speel in toekomstige vliegtuigontwerp.

 

Tegniese parameters van piëzo-elektriese materiale:

 

Piëso-elektriese koëffisiënt d33

 

Piëso-elektriese koëffisiënt is die omskakelingskoëffisiënt van piëso-elektriese keramiekkristal wat meganiese energie in elektriese energie omskakel of elektriese energie in meganiese energie omskakel, wat die koppelingsverhouding tussen die elastiese eienskappe en diëlektriese eienskappe van piëso-elektriese materiale weerspieël

 

Vrye permittiwiteit ε T33 (vrye permittiwiteit)

 

Die permittiwiteit van 'n diëlektrikum by nul (of konstante) spanning, uitgedruk in Farads/meter.

 

Relatiewe permittiwiteit ε Tr3 (relatiewe permittiwiteit)

 

Die verhouding van die diëlektriese konstante ε T33 tot die vakuum diëlektriese konstante ε 0, ε Tr3= ε T33/ ε 0, is 'n dimensielose fisiese grootheid.

 

Diëlektriese verlies (diëlektriese verlies)

 

Die diëlektrikum is die energie wat in die diëlektrikum verlore gaan as gevolg van die elektriese polarisasie-ontspanningsproses en lekgeleiding onder die werking van die elektriese veld.

 

Verlieshoek raaklyn tg δ (tangens van verlieshoek)

 

Onder die werking van 'n sinusvormige elektriese wisselveld is die stroom wat in 'n ideale diëlektrikum vloei 90 0 voor die spanningsfase, maar in die piëso-elektriese keramiekmonster, as gevolg van energieverlies, is die fasehoek ψ van die stroomleiding minder as 900, en sy komplementêre hoek δ ( δ0 + ψ is die fisiese afmetingsverlies genoem) hoeveelheid. Mense gebruik gewoonlik die verliestangens tg δ om die grootte van die diëlektriese verlies voor te stel, wat die verhouding van die aktiewe drywing (verliesdrywing) P van die diëlektrikum tot die reaktiewe drywing Q verteenwoordig. Dit is: elektriese kwaliteit faktor Qe (elektriese kwaliteit faktor)

 

Die waarde van die elektriese kwaliteit faktor is gelyk aan die wederkerigheid van die verlies raaklynwaarde van die monster, uitgedruk deur Qe, wat 'n dimensielose fisiese hoeveelheid is. As die parallelle ekwivalente stroombaan gebruik word om die piëso-elektriese keramiekmonster in die afwisselende elektriese veld voor te stel, dan is Qe=1/ tg δ = ω CR

 

Meganiese kwaliteit faktor Qm (meganiese kwaliteit faktor)

 

Die verhouding van die meganiese energie gestoor deur die piëso-elektriese plaatvibrator by resonansie tot die meganiese energie wat in een siklus verlore gaan, word die meganiese kwaliteitsfaktor genoem. Die verhouding tussen dit en die ossillator parameters is: Poissons verhouding

 

Poisson se verhouding verwys na die verhouding van laterale relatiewe krimping en longitudinale relatiewe verlenging van 'n vaste stof onder spanning, en is 'n dimensielose fisiese hoeveelheid uitgedruk deur δ : δ = - S 12 /S11

 

Serie resonansie frekwensie fs (reeks resonansie frekwensie)

 

Die resonansiefrekwensie van die serietak in die ekwivalente stroombaan van die piëso-elektriese vibrator word die serieresonante frekwensie genoem, uitgedruk deur fs ,

Parallelle resonansie frekwensie fp (parallelle resonansie frekwensie)

 

Die resonansiefrekwensie van die parallelle tak in die ekwivalente stroombaan van die piëso-elektriese vibrator word die parallelle resonante frekwensie genoem, verteenwoordig deur fp, dit wil sê, fp = resonansiefrekwensie fr (resonansiefrekwensie)

 

Die laer frekwensie van 'n paar frekwensies wat die susceptansie van die piëso-elektriese vibrator nul maak, word die resonante frekwensie genoem, verteenwoordig deur fr.

 

Antiresonansie frekwensie fa (antiresonansie frekwensie)

 

Die hoër frekwensie van 'n paar frekwensies wat die susceptansie van die piëso-elektriese vibrator nul maak, word die anti-resonansiefrekwensie genoem, uitgedruk deur fa .

 

Maksimum toelatingsfrekwensie fm (maksimum toelatingsfrekwensie)

 

Die frekwensie wanneer die admittansie van die piëso-elektriese vibrator groot is, word die groot admittansiefrekwensie genoem. Op hierdie tydstip is die impedansie van die vibrator klein, so dit word ook die klein impedansiefrekwensie genoem, uitgedruk deur f m.

 

Klein toelatingsfrekwensie fn (minimum toelatingsfrekwensie)

 

Die frekwensie waarteen die admittansie van die piëso-elektriese vibrator klein is, word die klein admittansiefrekwensie genoem. Op hierdie tydstip is die impedansie van die vibrator groot, so dit word ook die groot impedansiefrekwensie genoem, uitgedruk deur f n.

 

fundamentele frekwensie

 

Die lae resonante frekwensie in 'n gegewe vibrasie modus word die toonhoogte frekwensie genoem, en word gewoonlik die fundamentele frekwensie.

 

Botoonfrekwensie (fundamentele frekwensie)

 

Die ander resonante frekwensies as die fundamentele frekwensie in 'n gegewe vibrasiemodus word botoonfrekwensies genoem.

 

temperatuurstabiliteit

 

Temperatuurstabiliteit verwys na die eienskap dat die werkverrigting van piëso-elektriese keramiek met temperatuur verander.

 

By 'n sekere temperatuur, wanneer die temperatuur met 1 ° C verander, word die verhouding van die numeriese verandering van 'n sekere frekwensie tot die numeriese waarde van die frekwensie by hierdie temperatuur die temperatuurkoëffisiënt van frekwensie TKf genoem.

 

Daarbenewens word 'n groot relatiewe drywing gewoonlik gebruik om die temperatuurstabiliteit van 'n sekere parameter te karakteriseer.

 

Relatiewe frekwensieverskuiwing by positiewe temperatuur = △ fs (groot positiewe temperatuur)/fs (25 ℃ )

 

Groot relatiewe frekwensieverskuiwing by negatiewe temperatuur = △ fs (groot negatiewe temperatuur)/fs (25 ℃ )

 

Elektromeganiese koppelingskoëffisiënt (ELEKTRO MEGANIESE KOPPELKOEFFISIËNT)

 

Die elektromeganiese koppelingskoëffisiënt K is die vierkantswortel van die verhouding van die elasties-diëlektriese interaksie-energiedigtheid vierkant V122 tot die produk van die gestoorde elastiese energiedigtheid V1 en die diëlektriese energiedigtheid V2.

 

Piëso-elektriese keramiek gebruik gewoonlik die volgende vyf basiese koppelingskoëffisiënte

 

A. Vlak elektromeganiese koppelingskoëffisiënt KP (weerspieël die polarisasie en elektriese opwekking van die dun skyf langs die dikterigting, en is 'n parameter van die elektromeganiese koppelingseffek tydens radiale strekvibrasie.)

 

B. Transversale elektromeganiese koppelingskoëffisiënt K31 (parameters wat die elektromeganiese koppelingseffek van die skraal strook langs die dikterigting polarisasie en elektriese opwekking vir lengtestrekvibrasie weerspieël.)

 

C. Longitudinale elektromeganiese koppelingskoëffisiënt K33 ('n parameter wat die elektromeganiese koppelingseffek van die dun staaf langs die lengterigting van polarisasie en elektriese opwekking vir lengtestrekvibrasie weerspieël.)

 

D. Die elektromeganiese koppelingskoëffisiënt KT van diktestrek

 

E. Dikte skuif elektromeganiese koppelingskoëffisiënt K15 (weerspieël die polarisasie van die reghoekige plaat langs die lengte rigting, die rigting van die opwekking elektriese veld is loodreg op die polarisasie rigting, en word gebruik as 'n parameter vir die elektromeganiese koppeling effek tydens dikte skuif vibrasie.)

 

Piëso-elektriese vervormingskonstante D (PIEZOELECTRIC TRAIN CONSTANT)

 

Die piëso-elektriese vervormingskonstante is die verhouding van die verandering van die vervormingskomponent SI tot die verandering van EI wat veroorsaak word deur die verandering van die elektriese veldkomponent E onder die voorwaarde dat beide die spanning T en die elektriese veldkomponent EM (M ≠ I) konstant is.

 

Piëso-elektriese spanningskonstante G (PIEZOELECTRIC VOLTAGE CONSTANT)

 

Die konstante is die verhouding van die verandering van die elektriese veldintensiteitskomponent EI wat veroorsaak word deur die verandering van die spanningskomponent TI tot die verandering van TI onder die voorwaarde dat die elektriese verplasing D en die spanningskomponent TN (N ≠ I) albei konstant is.

 

Curie temperatuur TC (CURIE TEMPERATURE)

 

Piëso-elektriese keramiek het slegs 'n piëso-elektriese effek binne 'n sekere temperatuurreeks. Dit het 'n kritieke temperatuur TC. Wanneer die temperatuur hoër as TC is, ondergaan die piëso-elektriese keramiek 'n strukturele fase-oorgang. Hierdie kritieke temperatuur TC word die Curie-temperatuur genoem.

 

Temperatuurstabiliteit (TEMPERATURE STABILITY)

 

Verwys na die kenmerke van die prestasie van piëzo-elektriese keramiek-omskakelaars wat met temperatuur verander. Oor die algemeen is daar twee metodes om temperatuurstabiliteit te beskryf: temperatuurkoëffisiënt of groot relatiewe drywing.

 

Tien keer verouderingstempo (VERouderingstempo PER DEKADE) Y verteenwoordig 'n sekere parameter

 

Frekwensie konstante (FREQUENCY CONSTANT)

 

Vir die radiale en transversale lengtestrekvibrasiemodusse is die frekwensiekonstante die produk van die serieresonante frekwensie en die elementafmeting (deursnee of lengte) wat hierdie frekwensie bepaal. Vir longitudinale lengte dikte en strek skuif vibrasie modusse, is die frekwensie konstante die produk van die parallelle resonansie frekwensie en die vibrator grootte (lengte of dikte) wat hierdie frekwensie bepaal, en sy eenheid: HZ.M