Paraiméadair na n-ábhar piezoelectric agus cothromóidí piezoelectric (1)

Gcéad dul síos, an chothromóid piezoelectric.

Maidir le feidhmíocht ábhar piezoelectric, tá na ceithre bhreithniú seo a leanas againn: 1. Is leaistiméirí iad ábhair piezoelectric, a chloíonn le dlí Hooke i dtéarmaí éifeachtaí meicniúla, is é sin, an gaol leaisteach idir strus τ agus brú e: τ = ce Nó e = sτ áit a bhfuil c an modulus leaisteacha, ar a dtugtar freisin an stiffness leaisteacha tairiseach nó leaisteachas fórsa tairiseach; Is é s an comhéifeacht comhlíonta leaisteacha, ar a dtugtar freisin an tairiseach comhlíonta leaisteacha, a léiríonn an strus agus an gaol idir strainsí agus s = 1 / c. Tá brí fisiceach an chaidrimh thuas laistigh den teorainn leaisteachas, tá strus an elastomer comhréireach leis an strus.

Is fearóleictreach iad ábhair piezoelectric. San éifeacht leictreach, leanann na paraiméadair leictreacha, neart an réimse leictrigh E agus an neart díláithrithe leictreach D caidreamh tréleictreach: E = βD nó D = εE, áit a bhfuil ε an ceadúlacht, agus ar a dtugtar an tairiseach tréleictreach (aonad: dlí / méadar), léiríonn sé airíonna tréleictreach an ábhair, agus léiríonn sé airíonna polaraithe an chomhlachta piezoelectric, a bhaineann leis an gcomhlacht piezoelectric, a bhfuil baint aige leis an gcomhlacht piezoelectric, a bhaineann leis an gcomhlacht piezoelectric, atá ceangailte leis an gcomhlacht piezoelectric. is é sin, an toilleas C = εA / t, áit arb é A achar coibhneasta an dá phláta cuaille, is é t an fad idir an dá phóil nó tiús an sliseanna piezoelectric, agus mar sin tá baint aige le impedance leictreach an trasducer criadóireacht piezoelectric . De ghnáth cuirtear tairiseach tréleictreach ε in iúl trí tairiseach tréleictreach coibhneasta εr, agus tá a luach comhionann leis an gcóimheas idir toilleas tréleictreach agus toilleas bhfolús faoin leictreoid chéanna: εr = C tréleictreach / C bhfolús = ε tréleictreach / ε bhfolús M), is é β an comhéifeacht ionduchtaithe tréleictreach, ar a dtugtar freisin an tréleictreach tréleictreach ráta leithlisithe, léiríonn sé cé chomh tapa agus a athraíonn ráta leithlisithe an veicteora, cé chomh tapa agus a athraíonn an ráta leithlisithe veicteora, cé chomh tapa agus a athraíonn an veicteoir, an ráta leithlisiú tréleictreach. = 1 / ε, ach is lú a úsáidtear an comhéifeacht seo i gcoitinne. Is é brí fhisiceach an tsloinne caidrimh thréleictreach thuas ná nuair a bhíonn tréleictreach sa réimse leictreach E, is féidir an réimse leictreach taobh istigh den tréleictreach a chur in iúl leis an díláithriú leictreach D.

Éifeachtaí maighnéadacha na n-ábhar piezoelectric criostail diosca piezo ceirmeach B = μH, áit a bhfuil B an neart ionduchtaithe maighnéadach, is é H an neart réimse maighnéadach, agus is é μ an tréscaoilteacht maighnéadach. I measc éifeachtaí teirmeacha na n-ábhar piezoelectric, Q = φσ / ρc, áit a bhfuil Q teas; Is é φ teocht; σ is eantrópachta; Is meándlús é ρ; Is teas ábhar sonrach é c. Maidir le comhlachtaí piezoelectric, de ghnáth ní dhéanaimid machnamh ar an éifeacht maighnéadach agus smaoinímid nach bhfuil aon mhalartú teasa ann le linn na héifeachta piezoelectric (níl sé seo fíor, ach fágtar an dá ghné seo ar lár nuair a dhéantar an anailís a shimpliú). Dá bhrí sin, ní dhéantar ach na héifeachtaí meicniúla agus leictreacha a thuairiscítear thuas a mheas go ginearálta, agus ní mór na hidirghníomhaíochtaí eatarthu a mheas freisin ag an am céanna. Tá baint ag an dá chainníocht mheicniúil, strus τ agus brú e, agus an dá mhéid leictreach, neart réimse leictreach E agus neart díláithrithe leictreach D. Is í an chothromóid piezoelectric mar a thugtar air an slonn a chuireann síos ar an idirghníomhú eatarthu. I staid oibre comhlacht piezoelectric, is féidir a choinníollacha teorann meicniúil a bheith ina saoirse meicniúil agus clampáil meicniúil, agus is féidir le coinníollacha teorann leictreacha a bheith ina gciorcad gearr leictreach agus ciorcad oscailte leictreach. De réir coinníollacha teorann éagsúla, roghnaigh athróga neamhspleácha agus cleithiúnacha éagsúla, is féidir cineálacha éagsúla cothromóidí piezoelectric a fháil.

(1) Cuir an strus τ i bhfeidhm ar an gcomhlacht piezoelectric faoin gcoinníoll go bhfuil an t-aschur leictreach gearrchiorcad, is é sin, neart an réimse leictrigh E = 0, is é sin: D = dτ | E = 0, áit a dtugtar d ar an tairiseach piezoelectric agus léiríonn sé an t-ábhar piezoelectric. Ní hamháin go bhfuil baint ag an gcaidreamh cúplála idir airíonna leaisteacha agus airíonna tréleictreach le strus agus brú, ach freisin le neart réimse leictrigh agus díláithriú leictreach. Tugtar tairiseach réimse leictrigh piezoelectric air freisin, modulus piezoelectric, tairiseach brú piezoelectric, comhéifeacht astaíochta piezoelectric, etc. Mar an gcéanna, nuair a ghineann an comhlacht piezoelectric brú e faoi ghníomh an strus τ, tá: D = ie, áit a bhfuil comhéifeacht comhréireachta i tairiseach piezoelectric, leictreach ar a dtugtar freisin an piezoelectric strus agus tairiseach réimse piezoelectric. astú piezoelectric. Ag glacadh leis go gcuirtear an strus τ i bhfeidhm ar an gcomhlacht piezoelectric faoi choinníoll ciorcad oscailte leictreach, is é sin, an sruth aschuir I = 0, E = -gτ | I = 0, agus tugtar ionduchtú leictreach brú piezoelectric ar an tairiseach piezoelectric g san fhoirmle. Tugtar tairisigh struis réimse leictrigh freisin, tairisigh brú piezoelectric, tairisigh voltais piezoelectric, agus comhéifeachtaí glactha piezoelectric. nuair a ghineann an comhlacht piezoelectric an brú e faoin strus τ, tá: E = -he. Tugtar tairiseach ionduchtaithe leictreach strus piezoelectric ar an tairiseach piezoelectric h san fhoirmle, ar a dtugtar freisin tairiseach brú piezoelectric agus stiffness piezoelectric. comhéifeacht glactha piezoelectric, etc. Léiríonn na ceithre chothromóid thuas cás na héifeachta piezoelectric dearfach.

(2) Ag glacadh leis nach n-iompróidh an comhlacht piezoelectric fórsa seachtrach agus go bhfuil an strus náid, is é sin, τ = 0, is féidir leis an gcomhlacht piezoelectric dífhoirmiú go saor. Faoin gcoinníoll seo, cuirtear réimse leictreach i bhfeidhm, is é an gaol idir an brú e agus neart an réimse leictrigh E: e = dE | τ = 0, áit arb é d an tairiseach brú piezoelectric. Is é an gaol idir an strain e agus an déine díláithrithe leictrigh D ná: e = gD, áit arb é g an tairiseach voltais piezoleictreach. Má tá an comhlacht piezoelectric clampáilte ionas nach féidir é a dhífhoirmiú, is é an brú náid, is é sin, e = 0. Faoin gcoinníoll seo Nuair a chuirtear réimse leictreach i bhfeidhm.Is é an gaol idir an strus τ agus neart an réimse leictrigh E: τ = -iE ｜ e = 0, áit a bhfuil an strus piezoelectric tairiseach, agus an gaol idir an strus τ agus an díláithriú leictreach h = D, áit a bhfuil an neart piezoelectric: h = D: díláithriú piezoelectric. brú tairiseach. Léiríonn na ceithre chothromóid thuas staid na héifeachta piezoelectric inbhéartach Pzt ábhar ceirmeach piezoelectric . In iarratais phraiticiúla, bíonn cainníochtaí meicniúla agus cainníochtaí leictreacha i gcónaí ag an am céanna, ionas gur féidir linn na ceithre shraith seo a leanas de chothromóidí piezoelectric a fháil. Tabhair aird ar an gcaidreamh idir na paraiméadair a thuiscint tríd an gcothromóid piezoelectric, agus ba cheart dúinn a bhrí fhisiciúil a thuiscint go príomha:

(1) Cineál d cothromóid piezoelectric: e = sEτ + dE D = dτ + ετE áit a bhfuil d an tairiseach brú piezoelectric; Is é sE = 1 / cE an comhéifeacht comhlíonta leaisteach nuair a bhíonn neart an réimse leictrigh E tairiseach (léiríonn an forscríbhinn an paraiméadar seo (leanúnach, mar an gcéanna anseo feasta); Is é ετ an tairiseach tréleictreach nuair a bhíonn an strus τ tairiseach.

(2) g-chothromóid piezoelectric: e = sDτ + gD E = -gτ + βτD áit arb é g an tairiseach voltais piezoelectric; Is é sD = 1 / cD an comhéifeacht comhlíonta leaisteacha nuair a bhíonn an déine díláithrithe leictreach D seasmhach; Is é βτ = 1 / ετ an ráta ionduchtaithe tréleictreach nuair a bhíonn an strus τ tairiseach.

(3) Cineál i cothromóid piezoelectric: τ = ceE-iE D = ie + εeE .áit a bhfuil an tairiseach struis piezoelectric; Is é cE an modulus leaisteach nuair a bhíonn neart an réimse leictrigh E tairiseach; Is é εe an tairiseach tréleictreach nuair a bhíonn an brú e tairiseach tairiseach.

(4) cothromóid piezoelectric h-cineál: τ = cDe-hD E = -he + βeD áit arb é h an tairiseach brú piezoelectric; Is é cD an modúl leaisteacha nuair a bhíonn an neart díláithrithe leictreach D tairiseach; Is é βe = 1 / εe an brú ionduchtaithe tréleictreach ag an tairiseach . Is féidir na ceithre thacar thuas de chothromóidí piezoelectric a fháil mar seo a leanas: (1), d = (δe / δE) τ = (δD / δτ) E (méadar / volt nó Coulomb / Newton) (δ úsáidtear chun an tsiombail difreálach páirteach a léiriú) Ciallaíonn sé seo an brú coibhneasta de bharr an réimse leictrigh nuair a bhíonn an strus tairiseach nó an neart coibhneasta díláithriú an réimse leictrigh.

(5) g = (-δE / δτ) D = (δe / δD) τ (méadar volta / Newton nó méadar 2 / Coulomb) Ciallaíonn sé seo nach bhfuil an t-athrú neart réimse leictrigh de bharr strus (voltas ciorcad oscailte coibhneasta) gan athrú nuair nach bhfuil an déine díláithrithe leictreach gan athrú ), Nó an brú coibhneasta de bharr an díláithrithe leictreach neart.

(6) i = (-δτ / δE) e = (δD / δe) E (méadar Newton / volta nó Coulomb / méadar 2) Ciallaíonn sé seo an strus coibhneasta de bharr an réimse leictrigh nuair a bhíonn an brú tairiseach, nó díláithriú leictreach coibhneasta de bharr brú.

(7) h = (-δE / δe) D = (-δτ / δD) e (Newton / Coulomb nó Volta / méadar) Ciallaíonn sé seo go bhfuil an t-athrú ar neart an réimse leictrigh de bharr brú (voltas ciorcad oscailte coibhneasta) nuair a bhíonn an neart díláithrithe leictreach tairiseach. , Nó an strus coibhneasta de bharr an neart díláithrithe leictreach nuair a bhíonn an brú leanúnach. d agus i seasann an brú nó an t-athrú struis de bharr an réimse leictrigh, is é sin, an éifeacht inbhéartach piezoelectric. In iarratais phraiticiúla, léiríonn siad cumas na n-ábhar piezoelectric chun tonnta ultrasonaic a astú, go háirithe le d mar an ceann is tábhachtaí agus is coitianta a úsáidtear. Is mó d agus i, is mó an brú fuaime a ghineann an neart céanna réimse leictrigh, nó chomh fada agus a chuirtear voltas malartach níos lú i bhfeidhm, is féidir aimplitiúid níos mó a fháil, is é sin, is féidir cumhacht aschuir meicniúil níos mó a fháil. Léiríonn g agus h an t-athrú ar neart an réimse leictrigh de bharr strus nó brú, is é sin, an éifeacht piezoelectric dhearfach. Sna feidhmeanna praiticiúla, léiríonn siad cumas na n-ábhar piezoelectric chun tonnta ultrasonaic a fháil, agus is é g an ceann is tábhachtaí agus is coitianta a úsáidtear. Dá mhéad g agus h, is airde an voltas ciorcad oscailte coibhneasta a ghintear faoin gcoinníoll strus nó brú céanna, nó fiú an tonn ultrasonaic níos laige is féidir le voltas ciorcad oscailte coibhneasta níos mó a ghiniúint, is é sin, is airde an íogaireacht glactha. Tá an gaol comhshó seo a leanas ag na ceithre pharaiméadar seo: d = ετg = ieE; g = βτd = heD; i = εeh = dcE; h = βei = gcD