أخبار

أنت هنا: بيت / أخبار / أساسيات السيراميك الكهرضغطية / تحليل معلمات أداء السيراميك الكهرضغطي

تحليل معلمات أداء السيراميك الكهروإجهادي

المشاهدات: 10 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 2018-11-28 الأصل: موقع

استفسر

تصنيع ممتاز تتطلب مكونات السيراميك الكهرضغطية عادة متطلبات لأداء السيراميك الكهرضغطي. لأن أداء السيراميك الكهرضغطي له تأثير حاسم على جودة المكونات. لذلك، لمناقشة وفهم مكونات السيراميك الكهروضغطي، يجب علينا أولاً أن نفهم معلمات الأداء وطرق القياس للسيراميك الكهرضغطي. يتميز السيراميك الكهرضغطي بخصائص كهرضغطية بالإضافة إلى الخواص العازلة والمرونة للمواد العازلة العامة. يتميز السيراميك الكهرضغطي بتباين الخواص بعد معالجة الاستقطاب، ولكل معلمة أداء قيم مختلفة في اتجاهات مختلفة، مما يجعل معلمات أداء السيراميك الكهرضغطي أكثر بكثير من السيراميك العازل الخواص العام. . تعد معلمات الأداء العديدة للسيراميك الكهرضغطي أساسًا مهمًا لاستخدامه على نطاق واسع.

(1) ثابت العزل الكهربائي
ثابت العزل الكهربائي هو انعكاس لخصائص العزل الكهربائي لـ أ بيزو اسطوانة بيزوسيراميك ، أو طبيعة الاستقطاب، وعادة ما يتم التعبير عنها بواسطةε. مكونات السيراميك الكهرضغطية لأغراض مختلفة لها متطلبات ثابتة عازلة مختلفة للسيراميك الكهروضغطي. على سبيل المثال، يتطلب مكون صوتي مثل مكبر الصوت الخزفي الكهرضغطي أن يكون للسيراميك ثابت عازل كبير، ويتطلب مكون السيراميك الكهرضغطي عالي التردد مادة ذات ثابت عازل منخفض. العلاقة بين ثابت العزل الكهربائي ε والسعة C للعنصر، ومنطقة القطب A والمسافة t بين الأقطاب الكهربائية هي ε=C·t/A. حيث وحدة كل معلمة هي السعة C هي F، ومنطقة القطب A هي M2، وتباعد القطب t هو m، وثابت العزل الكهربائي ε هو F/m. في بعض الأحيان يتم استخدام السماحية النسبية εr (أو κ)، والتي ترتبط بالسماحية المطلقة ε. εr=ε/εo حيث εo هو ثابت العزل الكهربائي للفراغ (أو المساحة الحرة)، εo=8.85×10-12 (F/m)، بينما εr ليس له وحدة وقيمة.

(2) الاستقطاب يسبق محول الأنابيب الانضغاطية بلورات متعددة الخواص، والتي لها نفس ثابت العزل الكهربائي على طول الاتجاهات 1(x)، 2(y)، و3(z)، أي ثابت عازل واحد فقط. بعد معالجة الاستقطاب، يتم تشكيل بلورات متباينة الخواص بسبب الاستقطاب المتبقي المتولد في اتجاه الاستقطاب. في هذا الوقت، تختلف خصائص العزل الكهربائي في اتجاه الاستقطاب عن تلك الموجودة في الاتجاهين الآخرين. دع اتجاه استقطاب السيراميك يكون في الاتجاه 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. يحتوي السيراميك الكهرضغطي المستقطب على ثابتين عازلين ε11 و ε33. نظرًا للتأثير الكهرضغطي للسيراميك الكهرضغطي، تختلف ثوابت العزل الكهربائي للعينات في ظل ظروف ميكانيكية مختلفة. في ظل الظروف الحرة ميكانيكيًا، يسمى ثابت العزل الكهربائي المقاس ثابت العزل الكهربائي الحر، وفي εT، تمثل الزاوية العليا T الحالة الحرة الميكانيكية. في ظل ظروف التثبيت الميكانيكية، يُشار إلى ثابت العزل الكهربائي القياس باسم ثابت العزل الكهربائي التثبيت، معبرًا عنه بـ εS، والمرجع العلوي S هو حالة التثبيت الميكانيكية. وبما أن هناك مجال كهربائي إضافي يتولد عن التشوه في ظل الظروف الميكانيكية، ولا يوجد مثل هذا التأثير في ظل ظروف التثبيت الميكانيكية، فإن قيم قياس ثوابت العزل الكهربائي في ظل الشرطين مختلفة. وفقا لما سبق، فإن السيراميك الكهرضغطي المستقطب في الاتجاهات الثلاثة له أربعة ثوابت عازلة، وهي ε11T، ε33T، ε11S، ε11S.

(3) فقدان العزل الكهربائي
فقدان العزل الكهربائي يعد محول الطاقة الخزفي الانضغاطي تحت الماء أحد مؤشرات الجودة المهمة لأي مادة عازلة بما في ذلك السيراميك الكهرضغطي. تحت المجال الكهربائي المتناوب، تتراكم الشحنة في الوسط من جزأين: الأول هو الجزء النشط (في الطور)، والذي يحدث بسبب عملية التوصيل؛ والآخر هو الجزء التفاعلي (غير المتجانس) والذي يحدث بسبب عملية استرخاء الوسط. نسبة المكون خارج الطور إلى المكون الموجود في الطور لفقد العزل الكهربائي، Ic هو المكون الموجود في الطور، IR هو المكون خارج الطور، الزاوية بين Ic والتيار الإجمالي I هي δ، ω هو التردد الزاوي للمجال الكهربائي المتناوب، و R هي مقاومة الخسارة، C هو مكثف عازل. يمكن أن نرى من الصيغة (1-4) أنه عندما يكون IR كبيرًا، يكون tan δ كبيرًا أيضًا؛ ساعة الأشعة تحت الحمراء tan δ صغيرة أيضًا. يُطلق على خسارة العزل الكهربائي التي يُعبَّر عنها عادة بـ tan δ اسم ظل فقدان العزل الكهربائي أو عامل الخسارة، أو يُطلق عليها اسم خسارة العزل الكهربائي. يتم اشتقاق فقدان العزل الكهربائي في المجال الكهروستاتيكي من عملية التوصيل في الوسط. يتم اشتقاق فقدان العزل الكهربائي في المجال الكهربائي المتناوب من فقدان العزل الكهربائي الناتج عن عملية التوصيل واسترخاء الاستقطاب. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط أيضًا فقدان العزل الكهربائي للسيراميك الكهرضغطي الكهرضغطي بعملية حركة جدران المجال، لكن الوضع أكثر تعقيدًا.

(4) ثابت مرن

السيراميك الكهرضغطي عبارة عن مادة مطاطية في نطاق الحدود المرنة، ويجب أن يكون الضغط متناسبًا. دع الضغط يكون T، مطبقًا على لوح السيراميك الكهرضغطي مع منطقة المقطع العرضي A، والإجهاد الناتج عن S. وفقًا لقانون هوك، فإن العلاقة بين الإجهاد T والسلالة S هي كما يلي، حيث S هو ثابت النعومة المرنة. الوحدة م2/ن؛ C هو ثابت الصلابة المرنة بوحدة N/m2. ومع ذلك، فإن أي مادة تكون ثلاثية الأبعاد، أي أنه عندما يتم تطبيق الإجهاد في الاتجاه الطولي، يتولد الانفعال ليس فقط في الاتجاه الطولي ولكن أيضًا في اتجاهي العرض والسمك. توجد قطعة رفيعة كما هو موضح، طولها في اتجاه واحد وعرضها في اتجاهين. يؤدي تطبيق الإجهاد T1 في الاتجاه 1 إلى توليد الصفيحة السلالة S1 في الاتجاه 1 والسلالة S2 في الاتجاه 2، وليس من الصعب الحصول على S1=S11T1 من المعادلة (1-5)؛ S2=S12T1. ثوابت الامتثال المرنة المذكورة أعلاه S11 مقارنة بـ S12.

(5) ثابت كهرضغطية

بالنسبة للمادة الصلبة النموذجية، فإن الإجهاد T يسبب فقط سلالة متناسبة S of محول الطاقة الأنبوبي الكهرضغطي Pzt ، والذي يرتبط بمعامل مرن، أي T = YS؛ يحتوي السيراميك الكهرضغطي على كهرضغطية، أي أنه يمكن توليد شحنة إضافية عند تطبيق الضغط. تتناسب الشحنة المتولدة مع الضغط المطبق. بالنسبة للضغط والتوتر فالعلامة عكس ذلك. يتم التعبير عن إزاحة العزل الكهربائي D (منطقة الشحن) والإجهاد T (منطقة القوة) على النحو التالي: D=Q/A=dT حيث d بوحدة كولوم/نيوتن (C/N). هذا هو التأثير الكهرضغطي الإيجابي. هناك أيضًا تأثير كهرضغطية معكوس ينتج سلالة S بشكل متناسب عند تطبيق مجال كهربائي E، ويتم توسيع السلالة الناتجة أو تقليصها اعتمادًا على اتجاه استقطاب العينة. في الصيغة S = dE، وحدة d هي متر/فولت (m/v). يُسمى ثابت التناسب d في المعادلتين المذكورتين أعلاه بثابت الإجهاد الكهرضغطي. بالنسبة للتأثيرات الكهرضغطية الإيجابية والعكسية، تكون d هي نفسها عدديًا،

(6) ثابت التردد:

ثابت التردد هو حاصل ضرب تردد الرنين والبعد الذي يحدد الرنين. إذا كان المجال الكهربائي المطبق عموديًا على اتجاه الاهتزاز، فإن تردد الرنين هو تردد الرنين المتسلسل؛ إذا كان المجال الكهربائي موازيا لاتجاه الاهتزاز، فإن تردد الرنين هو تردد الرنين الموازي. لذلك، بالنسبة لرنين الوضعين 31 و15 والرنين في الوضع المستوي أو الشعاعي، فإن ثوابت التردد المقابلة هي NE1 وNE5 وNEP، وثابت تردد الرنين للوضع 33 هو ND3. بالنسبة للقضيب الطويل المستقطب طوليًا، عادةً ما يتم التعبير عن ثابت تردد الاهتزاز الطولي بواسطة ND3؛ بالنسبة لرقاقة رقيقة من أي حجم تكون مقاومة للاستقطاب الخطي، عادةً ما يتم التعبير عن ثابت التردد لاهتزاز تمدد السمك بواسطة NDT. تعتبر NDT وNDP للرقاقة من المعالم الهامة. باستثناء ثابت التردد NDP، فإن ثوابت التردد الأخرى تساوي نصف سرعة الصوت الرئيسية في الجسم الخزفي الخزفي، أي ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 وNE = 1/2 (SEpm) - 1/2، حيث SD =SE(1-K2)، كل ثابت تردد له زاوية سفلية مقابلة.