पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री और तकनीकी मापदंडों का परिचय

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री पीज़ोसेरेमिक क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं जो दबाव लागू होने पर अपने दोनों सिरों के बीच वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। 1880 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पी. क्यूरी और जे. क्यूरी बंधुओं ने पता लगाया कि जब किसी भारी वस्तु को क्वार्ट्ज क्रिस्टल पर रखा जाता है, तो क्रिस्टल की कुछ सतहें चार्ज उत्पन्न करेंगी, और चार्ज की मात्रा दबाव के समानुपाती होती है। इस घटना को पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। इसके तुरंत बाद, क्यूरी बंधुओं ने व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की, यानी, बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत पीजोइलेक्ट्रिक शरीर विकृत हो जाता है। पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का तंत्र है: पीजोइलेक्ट्रिकिटी वाले क्रिस्टल में कम समरूपता होती है। जब इसे बाहरी बल द्वारा विकृत किया जाता है, तो यूनिट सेल में सकारात्मक और नकारात्मक आयनों का सापेक्ष विस्थापन सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्रों को ओवरलैप नहीं करता है, जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल का मैक्रोस्कोपिक ध्रुवीकरण होता है, जबकि क्रिस्टल की सतह चार्ज सतह घनत्व सतह की सामान्य दिशा पर ध्रुवीकरण तीव्रता के प्रक्षेपण के बराबर होती है, इसलिए जब पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री दबाव से विकृत होती है, तो विपरीत संकेतों के चार्ज पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के दो सिरों पर दिखाई देंगे। इसके विपरीत, जब एक पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री को विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीकृत किया जाता है, तो चार्ज केंद्र के विस्थापन के कारण सामग्री विकृत हो जाती है।

 

पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट सेंसर यांत्रिक विरूपण के कारण विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर सकता है, और विद्युत क्षेत्रों की क्रिया के कारण यांत्रिक विरूपण भी उत्पन्न कर सकता है। यह अंतर्निहित इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन प्रभाव पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों को इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, स्मार्ट संरचनाएं बनाने के लिए पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग किया गया है। स्व-सहायक क्षमताओं के अलावा, ऐसी संरचनाओं में स्व-निदान, स्व-अनुकूलन और स्व-उपचार जैसे कार्य भी होते हैं, और ये भविष्य के विमान डिजाइन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे।

 

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के तकनीकी पैरामीटर:

 

पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक d33

 

पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक का रूपांतरण गुणांक है पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक क्रिस्टल जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है या विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जो पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के लोचदार गुणों और ढांकता हुआ गुणों के बीच युग्मन संबंध को दर्शाता है।

 

मुक्त पारगम्यता ε T33 (मुक्त पारगम्यता)

 

शून्य (या स्थिर) तनाव पर एक ढांकता हुआ की पारगम्यता, फैराड/मीटर में व्यक्त की जाती है।

 

सापेक्ष पारगम्यता ε Tr3 (सापेक्ष पारगम्यता)

 

ढांकता हुआ स्थिरांक का अनुपात , ε T33 और निर्वात ढांकता हुआ स्थिरांक ε 0 ε Tr3= ε T33/ ε 0, एक आयामहीन भौतिक मात्रा है।

 

ढांकता हुआ नुकसान (ढांकता हुआ नुकसान)

 

ढांकता हुआ वह ऊर्जा है जो विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत विद्युत ध्रुवीकरण विश्राम प्रक्रिया और रिसाव संचालन के कारण ढांकता हुआ में खो जाती है।

 

हानि कोण स्पर्शरेखा tg δ (हानि कोण की स्पर्शरेखा)

 

एक साइनसॉइडल वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, एक आदर्श ढांकता हुआ में बहने वाली धारा वोल्टेज चरण से 90 0 आगे है, लेकिन पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक नमूने में, ऊर्जा हानि के कारण, ψ 900 से कम है, और इसके पूरक कोण वर्तमान लीड का चरण कोण δ ( δ + ψ =900) को हानि कोण कहा जाता है, जो एक आयामहीन भौतिक मात्रा है। लोग आम तौर पर ढांकता हुआ हानि के आकार का प्रतिनिधित्व करने के लिए हानि स्पर्शरेखा टीजी δ का उपयोग करते हैं , जो प्रतिक्रियाशील शक्ति क्यू के लिए ढांकता हुआ की सक्रिय शक्ति (हानि शक्ति) पी के अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है। वह है: विद्युत गुणवत्ता कारक Qe (विद्युत गुणवत्ता कारक)

 

विद्युत गुणवत्ता कारक का मूल्य क्यूई द्वारा व्यक्त नमूने के हानि स्पर्शरेखा मूल्य के व्युत्क्रम के बराबर है, जो एक आयामहीन भौतिक मात्रा है। यदि समानांतर समतुल्य सर्किट का उपयोग वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र में पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक नमूने का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है, तो Qe=1/ tg δ = ω CR

 

यांत्रिक गुणवत्ता कारक Qm (यांत्रिक गुणवत्ता कारक)

 

द्वारा संग्रहित यांत्रिक ऊर्जा का अनुपात एक चक्र में खोई हुई यांत्रिक ऊर्जा के अनुनाद पर पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट वाइब्रेटर को यांत्रिक गुणवत्ता कारक कहा जाता है। इसके और थरथरानवाला मापदंडों के बीच संबंध है: पॉइसन्स अनुपात

 

पॉइसन का अनुपात तनाव के तहत एक ठोस के पार्श्व सापेक्ष संकोचन और अनुदैर्ध्य सापेक्ष बढ़ाव के अनुपात को संदर्भित करता है, और एक आयामहीन भौतिक मात्रा है जिसे δ : δ = - S 12 /S11 द्वारा व्यक्त किया जाता है।

 

श्रृंखला अनुनाद आवृत्ति एफएस (श्रृंखला अनुनाद आवृत्ति)

 

पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के समतुल्य सर्किट में श्रृंखला शाखा की गुंजयमान आवृत्ति को श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति कहा जाता है, जिसे एफएस द्वारा व्यक्त किया जाता है,

समानांतर अनुनाद आवृत्ति एफपी (समानांतर अनुनाद आवृत्ति)

 

पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के समतुल्य सर्किट में समानांतर शाखा की गुंजयमान आवृत्ति को समानांतर अनुनाद आवृत्ति कहा जाता है, जिसे एफपी द्वारा दर्शाया जाता है, यानी एफपी = अनुनाद आवृत्ति एफआर (अनुनाद आवृत्ति)

 

आवृत्तियों की एक जोड़ी की निचली आवृत्ति जो पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की संवेदनशीलता को शून्य बनाती है, उसे गुंजयमान आवृत्ति कहा जाता है, जिसे fr द्वारा दर्शाया जाता है।

 

एंटीरेसोनेंस फ्रीक्वेंसी एफए (एंटीरेसोनेंस फ्रीक्वेंसी)

 

आवृत्तियों की एक जोड़ी की उच्च आवृत्ति जो पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की संवेदनशीलता को शून्य बनाती है, उसे एंटी-रेजोनेंस आवृत्ति कहा जाता है, जिसे फा द्वारा व्यक्त किया जाता है।

 

अधिकतम प्रवेश आवृत्ति एफएम (अधिकतम प्रवेश आवृत्ति)

 

जब पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर का प्रवेश बड़ा होता है तो आवृत्ति को बड़ी प्रवेश आवृत्ति कहा जाता है। इस समय, वाइब्रेटर की प्रतिबाधा छोटी होती है, इसलिए इसे छोटी प्रतिबाधा आवृत्ति भी कहा जाता है, जिसे f m द्वारा व्यक्त किया जाता है।

 

छोटी प्रवेश आवृत्ति एफएन (न्यूनतम प्रवेश आवृत्ति)

 

वह आवृत्ति जिस पर पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर का प्रवेश छोटा होता है, लघु प्रवेश आवृत्ति कहलाती है। इस समय, वाइब्रेटर की प्रतिबाधा बड़ी होती है, इसलिए इसे बड़ी प्रतिबाधा आवृत्ति भी कहा जाता है, जिसे f n द्वारा व्यक्त किया जाता है।

 

मौलिक आवृत्ति

 

किसी दिए गए कंपन मोड में कम गुंजयमान आवृत्ति को पिच आवृत्ति कहा जाता है, और आमतौर पर यह मौलिक आवृत्ति बन जाती है।

 

ओवरटोन आवृत्ति (मौलिक आवृत्ति)

 

किसी दिए गए कंपन मोड में मौलिक आवृत्ति के अलावा अन्य गुंजयमान आवृत्तियों को ओवरटोन आवृत्तियों कहा जाता है।

 

तापमान स्थिरता

 

तापमान स्थिरता उस विशेषता को संदर्भित करती है कि पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का प्रदर्शन तापमान के साथ बदलता है।

 

एक निश्चित तापमान पर, जब तापमान में 1 ° C का परिवर्तन होता है, तो इस तापमान पर एक निश्चित आवृत्ति के संख्यात्मक परिवर्तन और आवृत्ति के संख्यात्मक मान के अनुपात को आवृत्ति TKf का तापमान गुणांक कहा जाता है।

 

इसके अलावा, एक बड़े सापेक्ष बहाव का उपयोग आमतौर पर एक निश्चित पैरामीटर की तापमान स्थिरता को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।

 

सकारात्मक तापमान पर सापेक्ष आवृत्ति बदलाव = △ fs (बड़ा सकारात्मक तापमान)/fs(25 ℃ )

 

नकारात्मक तापमान पर बड़ा सापेक्ष आवृत्ति बदलाव = △ fs (बड़ा नकारात्मक तापमान)/fs(25 ℃ )

 

इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग गुणांक (इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग गुणांक)

 

इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक K, संग्रहीत लोचदार ऊर्जा घनत्व V1 और ढांकता हुआ ऊर्जा घनत्व V2 के उत्पाद के लिए लोचदार-ढांकता हुआ संपर्क ऊर्जा घनत्व वर्ग V122 के अनुपात का वर्गमूल है।

 

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक आमतौर पर निम्नलिखित पांच बुनियादी युग्मन गुणांक का उपयोग करते हैं

 

ए. प्लेन इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग गुणांक केपी (मोटाई दिशा के साथ पतली डिस्क के ध्रुवीकरण और विद्युत उत्तेजना को दर्शाता है, और रेडियल स्ट्रेचिंग कंपन के दौरान इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग प्रभाव का एक पैरामीटर है।)

 

बी. अनुप्रस्थ इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक K31 (लंबाई खिंचाव कंपन के लिए मोटाई दिशा ध्रुवीकरण और विद्युत उत्तेजना के साथ पतली पट्टी के इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन प्रभाव को प्रतिबिंबित करने वाले पैरामीटर।)

 

सी. अनुदैर्ध्य इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक K33 (लंबाई खिंचाव कंपन के लिए ध्रुवीकरण और विद्युत उत्तेजना की लंबाई दिशा के साथ पतली छड़ के इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन प्रभाव को प्रतिबिंबित करने वाला एक पैरामीटर।)

 

डी. मोटाई के खिंचाव का विद्युत यांत्रिक युग्मन गुणांक KT

 

ई. मोटाई कतरनी इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक K15 (लंबाई दिशा के साथ आयताकार प्लेट के ध्रुवीकरण को दर्शाता है, उत्तेजना विद्युत क्षेत्र की दिशा ध्रुवीकरण दिशा के लंबवत है, और मोटाई कतरनी कंपन के दौरान इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन प्रभाव के लिए एक पैरामीटर के रूप में उपयोग किया जाता है।)

 

पीजोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन स्थिरांक डी (पीजोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन स्थिरांक)

 

पीजोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन स्थिरांक, स्ट्रेन घटक एसआई के परिवर्तन और विद्युत क्षेत्र घटक ई के परिवर्तन के कारण ईआई के परिवर्तन का अनुपात है, इस शर्त के तहत कि तनाव टी और विद्युत क्षेत्र घटक ईएम (एम ≠ आई) दोनों स्थिर हैं।

 

पीजोइलेक्ट्रिक वोल्टेज स्थिरांक जी (पीजोइलेक्ट्रिक वोल्टेज स्थिरांक)

 

स्थिरांक तनाव घटक TI के परिवर्तन के कारण विद्युत क्षेत्र तीव्रता घटक EI में परिवर्तन और TI के परिवर्तन का अनुपात है, इस शर्त के तहत कि विद्युत विस्थापन D और तनाव घटक TN (N ≠ I) दोनों स्थिर हैं।

 

क्यूरी तापमान टीसी (क्यूरी तापमान)

 

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में केवल एक निश्चित तापमान सीमा के भीतर ही पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है। इसमें एक महत्वपूर्ण तापमान टीसी है। जब तापमान टीसी से अधिक होता है, तो पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक संरचनात्मक चरण संक्रमण से गुजरता है। इस क्रांतिक तापमान टीसी को क्यूरी तापमान कहा जाता है।

 

तापमान स्थिरता (तापमान स्थिरता)

 

के प्रदर्शन की विशेषताओं को संदर्भित करता है पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर जो तापमान के साथ बदलते हैं। आम तौर पर, तापमान स्थिरता का वर्णन करने की दो विधियाँ हैं: तापमान गुणांक या बड़ा सापेक्ष बहाव।

 

दस गुना उम्र बढ़ने की दर (AGEING RATE PER DECADE) Y एक निश्चित पैरामीटर का प्रतिनिधित्व करता है

 

आवृत्ति स्थिरांक (आवृत्ति स्थिरांक)

 

रेडियल और अनुप्रस्थ लंबाई-खिंचाव कंपन मोड के लिए, आवृत्ति स्थिरांक श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति और तत्व आयाम (व्यास या लंबाई) का उत्पाद है जो इस आवृत्ति को निर्धारित करता है। अनुदैर्ध्य लंबाई मोटाई और स्ट्रेचिंग कतरनी कंपन मोड के लिए, आवृत्ति स्थिरांक समानांतर अनुनाद आवृत्ति और वाइब्रेटर आकार (लंबाई या मोटाई) का उत्पाद है जो इस आवृत्ति और इसकी इकाई को निर्धारित करता है: HZ.M