Analýza výkonových parametrů piezoelektrické keramiky

(2) Polarizace piezoelektronovému měniči předchází izotropní polykrystal, který má stejnou dielektrickou konstantu ve směru 1(x), 2(y) a 3(z), tedy pouze jednu dielektrickou konstantu. Po polarizačním ošetření se vytvoří anizotropní polykrystal díky zbytkové polarizaci generované ve směru polarizace. V tomto okamžiku jsou dielektrické vlastnosti ve směru polarizace odlišné od vlastností v ostatních dvou směrech. Směr polarizace keramiky nechť je ve 3 směru: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Polarizovaná piezoelektrická keramika má dvě dielektrické konstanty ε11 a ε33. Vzhledem k piezoelektrickému jevu piezoelektrické keramiky jsou měřicí dielektrické konstanty vzorků za různých mechanických podmínek různé. V mechanicky volných podmínkách se naměřená dielektrická konstanta nazývá volná dielektrická konstanta a v εT představuje horní roh T mechanickou volnou konstantu. Za podmínek mechanického upnutí se měřicí dielektrická konstanta označuje jako upínací dielektrická konstanta, vyjádřená jako εS, a horní odkaz S je stav mechanického upnutí. Protože zde dochází k dodatečnému elektrickému poli generovanému deformací za mechanických podmínek a za podmínek mechanického upnutí k takovému účinku nedochází, jsou hodnoty měření dielektrických konstant za těchto dvou podmínek odlišné. Podle výše uvedeného má piezoelektrická keramika polarizovaná ve třech směrech čtyři dielektrické konstanty, a to ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) dielektrické ztráty
Dielektrické ztráty podvodní piezokeramický snímač je jedním z důležitých ukazatelů kvality jakéhokoli dielektrického materiálu včetně piezoelektrické keramiky. Pod střídavým elektrickým polem se náboj akumulovaný v médiu má dvě části: jedna je aktivní část (ve fázi), která je způsobena procesem vodivosti; a druhá je reaktivní část (heterogenní), která je způsobena relaxačním procesem média. Poměr mimofázové složky k soufázové složce dielektrické ztráty, Ic je soufázové složky, IR je mimofázová složka, úhel mezi Ic a celkovým proudem I je δ, ω je úhlová frekvence střídavého elektrického pole a R je ztrátový odpor, C je dielektrický kondenzátor. Ze vzorce (1-4) je vidět, že když je IR velké, tan 5 je také velké; IR hodinový tan 5 je také malý. Dielektrická ztráta obvykle vyjádřená tan δ se nazývá tangens dielektrické ztráty nebo ztrátový činitel nebo se nazývá dielektrická ztráta. Ztráta dielektrika v elektrostatickém poli je odvozena od procesu vodivosti v médiu. Dielektrická ztráta ve střídavém elektrickém poli je odvozena od dielektrické ztráty způsobené procesem vodivosti a polarizační relaxací. Kromě toho dielektrická ztráta feroelektrické piezoelektrické keramiky také souvisí s procesem pohybu doménových stěn, ale situace je složitější.

Piezoelektrická keramika je elastomer v rozsahu mezí pružnosti, napětí by mělo být úměrné. Nechť je napětí T, aplikované na piezoelektrický keramický plech s plochou průřezu A, a deformace generovaná S. Podle Hookova zákona je vztah mezi napětím T a deformací S následující, kde S je konstanta elastické hladkosti. Jednotkou je m2/N; C je konstanta elastické tuhosti v N/m2. Jakýkoli materiál je však trojrozměrný, to znamená, že při namáhání v podélném směru vzniká deformace nejen v podélném směru, ale také ve směru šířky a tloušťky. Existuje tenký kus, jak je znázorněno, jehož délka je v jednom směru a šířka ve dvou směrech. Aplikace napětí T1 ve směru 1 způsobí, že deska generuje deformaci S1 ve směru 1 a deformaci S2 ve směru 2, a není obtížné získat S1=S11T1 z rovnice (1-5); S2=S12T1. Výše uvedené dvě konstanty elastické poddajnosti S11 ve srovnání s S12.

(5) Piezoelektrická konstanta

Pro typické pevné těleso způsobuje napětí T pouze proporcionální deformaci S o Pzt piezoelektrický trubkový měnič , který souvisí s modulem pružnosti, tj. T = YS; piezoelektrická keramika má piezoelektřinu, to znamená, že při působení napětí může vznikat dodatečný náboj. Generovaný náboj je úměrný aplikovanému napětí. U tlaku a tahu je znaménko opačné. Dielektrické posunutí D (oblasť náboje) a napětí T (plocha síly) jsou vyjádřeny následovně: D=Q/A=dT kde d je v coulombech/newtonech (C/N). To je pozitivní piezoelektrický efekt. Existuje také inverzní piezoelektrický jev, který vytváří napětí S proporcionálně, když je aplikováno elektrické pole E, a výsledné napětí se buď rozšiřuje, nebo smršťuje v závislosti na směru polarizace vzorku. Ve vzorci S=dE je jednotka d metry/volt (m/v). Konstanta úměrnosti d ve výše uvedených dvou rovnicích se nazývá piezoelektrická deformační konstanta. Pro kladné a inverzní piezoelektrické jevy je d numericky stejné,

(6) Frekvenční konstanta: