Vijesti

Vi ste ovdje: Dom / Vijesti / Osnove piezoelektrične keramike / Analiza parametara performansi piezoelektrične keramike

Analiza parametara izvedbe piezoelektrične keramike

Pregleda: 10 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2018-11-28 Porijeklo: stranica

Raspitajte se

Izrada izvrsna piezoelektrične keramičke komponente obično zahtijevaju zahtjeve za performanse piezoelektrične keramike. Budući da performanse piezoelektrične keramike odlučujuće utječu na kvalitetu komponenti. Stoga, da bismo razgovarali i razumjeli komponente piezoelektrične keramike, prvo moramo razumjeti parametre performansi i metode mjerenja piezoelektrične keramike. Piezoelektrična keramika ima piezoelektrična svojstva uz dielektrična i elastična svojstva općih dielektričnih materijala. Piezoelektrična keramika ima anizotropiju nakon polarizacijskog tretmana, a svaki parametar učinka ima različite vrijednosti u različitim smjerovima, što čini parametre učinka piezoelektrične keramike puno većim od općenite izotropne dielektrične keramike. . Brojni parametri učinkovitosti piezoelektrične keramike važna su osnova za njezinu široku upotrebu.

(1) Dielektrična konstanta
Dielektrična konstanta je odraz dielektričnih svojstava a piezo cylinde piezoceramic , ili prirodu polarizacije, a obično se izražava s ε. Piezoelektrične keramičke komponente za različite namjene imaju različite zahtjeve dielektrične konstante za piezoelektričnu keramiku. Na primjer, audio komponenta kao što je piezoelektrični keramički zvučnik zahtijeva da keramika ima veliku dielektričnu konstantu, a visokofrekventna piezoelektrična keramička komponenta zahtijeva da materijal ima nisku dielektričnu konstantu. Odnos između dielektrične konstante ε i kapacitivnosti C elementa, površine elektrode A i udaljenosti t između elektroda je ε=C·t/A. gdje je jedinica svakog parametra kapacitivnost C jednaka F, a površina elektrode A je M2, razmak elektroda t je m, a dielektrična konstanta ε je F/m. Ponekad se koristi relativna permitivnost εr (ili κ), koja je povezana s apsolutnom permitivnošću ε. εr=ε/εo gdje je εo dielektrična konstanta vakuuma (ili slobodnog prostora), εo=8,85×10- 12 (F/m), dok εr nema jedinicu i vrijednost.

(2) Polarizacija od Pretvorniku s piezo cijevima prethodi izotropni polikristal, koji ima istu dielektričnu konstantu duž smjerova 1(x), 2(y) i 3(z), odnosno samo jednu dielektričnu konstantu. Nakon polarizacijskog tretmana, formira se anizotropni polikristal zbog zaostale polarizacije koja se stvara u smjeru polarizacije. U to vrijeme dielektrična svojstva u smjeru polarizacije razlikuju se od onih u druga dva smjera. Neka je smjer polarizacije keramike u smjeru 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Polarizirana piezoelektrična keramika ima dvije dielektrične konstante ε11 i ε33. Zbog piezoelektričnog učinka piezoelektrične keramike, mjerne dielektrične konstante uzoraka različite su u različitim mehaničkim uvjetima. Pod mehanički slobodnim uvjetima, izmjerena dielektrična konstanta naziva se slobodna dielektrična konstanta, a u εT, gornji kut T predstavlja mehaničko slobodno stanje. U uvjetima mehaničkog stezanja, mjerna dielektrična konstanta se naziva dielektrična konstanta stezanja, izražena kao εS, a gornja referenca S je uvjet mehaničkog stezanja. Budući da postoji dodatno električno polje generirano deformacijom u mehaničkim uvjetima, a nema takvog učinka u uvjetima mehaničkog stezanja, vrijednosti mjerenja dielektričnih konstanti u ta dva uvjeta su različite. Prema gore navedenom, piezoelektrična keramika polarizirana u tri smjera ima četiri dielektrične konstante, naime ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) dielektrični gubitak
Dielectric loss of podvodni piezokeramički pretvarač jedan je od važnih pokazatelja kvalitete svakog dielektričnog materijala uključujući piezoelektričnu keramiku. Pod izmjeničnim električnim poljem, naboj akumuliran u mediju ima dva dijela: jedan je aktivni dio (u fazi), koji je uzrokovan procesom vodljivosti; a drugi je reaktivni dio (heterogen) koji nastaje procesom relaksacije medija. Omjer izvanfazne komponente i sinfazne komponente dielektričnog gubitka, Ic je sinfazna komponenta, IR je izvanfazna komponenta, kut između Ic i ukupne struje I je δ, ω je kutna frekvencija izmjeničnog električnog polja, a R je otpornost gubitka, C je dielektrični kondenzator. Može se vidjeti iz formule (1-4) da kada je IR velik, tan δ je također velik; IR sat tan δ je također mali. Dielektrični gubitak obično izražen kao tan δ naziva se tangens dielektričnog gubitka ili faktor gubitka, ili se naziva dielektrični gubitak. Gubitak dielektrika u elektrostatičkom polju proizlazi iz procesa vodljivosti u mediju. Dielektrični gubitak u izmjeničnom električnom polju izveden je iz dielektričnog gubitka uzrokovanog procesom vodljivosti i opuštanjem polarizacije. Osim toga, dielektrični gubitak feroelektrične piezoelektrične keramike također je povezan s procesom gibanja stijenki domene, ali situacija je složenija.

(4) Konstanta elastičnosti

Piezoelektrična keramika je elastomer u području granica elastičnosti, naprezanje mora biti proporcionalno. Neka je naprezanje T, primijenjeno na piezoelektričnu keramičku ploču s površinom poprečnog presjeka A, a deformacija koju stvara S. Prema Hookeovom zakonu, odnos između naprezanja T i deformacije S je sljedeći, gdje je S konstanta elastične glatkoće. Jedinica je m2/N; C je konstanta elastične krutosti u N/m2. Međutim, svaki materijal je trodimenzionalan, to jest, kada se naprezanje primjenjuje u uzdužnom smjeru, deformacija se ne stvara samo u uzdužnom smjeru, već iu smjeru širine i debljine. Postoji tanki komad kao što je prikazano, čija je duljina u jednom smjeru, a širina u dva smjera. Primjena naprezanja T1 u smjeru 1 uzrokuje da lim generira deformaciju S1 u smjeru 1 i deformaciju S2 u smjeru 2, a nije teško dobiti S1=S11T1 iz jednadžbe (1-5); S2=S12T1. Gornje dvije konstante elastične popustljivosti S11 u usporedbi sa S12.

(5) Piezoelektrična konstanta

Za tipično čvrsto tijelo, naprezanje T uzrokuje samo proporcionalnu deformaciju S od Pzt piezoelektrični cijevni pretvarač , koji je povezan modulom elastičnosti, odnosno T = YS; piezoelektrična keramika ima piezoelektricitet, odnosno može se stvoriti dodatni naboj kada se primijeni stres. Generirani naboj proporcionalan je primijenjenom naprezanju. Za pritisak i napetost predznak je suprotan. Dielektrični pomak D (područje naboja) i naprezanje T (područje sile) izražavaju se na sljedeći način: D=Q/A=dT gdje je d u kulonu/njutnu (C/N). Ovo je pozitivan piezoelektrični učinak. Postoji i inverzni piezoelektrični učinak koji proizvodi naprezanje S proporcionalno kada se primijeni električno polje E, a rezultirajuće naprezanje se ili širi ili skuplja ovisno o smjeru polarizacije uzorka. U formuli S=dE, jedinica za d je metar/volt (m/v). Konstanta proporcionalnosti d u gornje dvije jednadžbe naziva se konstanta piezoelektrične deformacije. Za pozitivne i inverzne piezoelektrične efekte, d je numerički isti,

(6) Konstanta frekvencije:

Konstanta frekvencije je umnožak rezonantne frekvencije i dimenzije koja određuje rezonanciju. Ako je primijenjeno električno polje okomito na smjer vibracije, rezonantna frekvencija je serija rezonantne frekvencije; ako je električno polje paralelno sa smjerom vibracije, rezonantna frekvencija je paralelna rezonantna frekvencija. Stoga, za rezonanciju modova 31 i 15 i rezonanciju za planarni ili radijalni modus, odgovarajuće frekvencijske konstante su NE1, NE5 i NEP, a konstanta rezonantne frekvencije modusa 33 je ND3. Za longitudinalno polarizirani dugi štap, konstanta frekvencije uzdužne vibracije obično se izražava s ND3; za tanku pločicu bilo koje veličine koja je otporna na linearnu polarizaciju, frekvencijska konstanta vibracije rastezanja debljine obično se izražava NDT-om. NDT i NDP pločice su važni parametri. Osim frekvencijske konstante NDP, ostale frekvencijske konstante jednake su polovici glavne brzine zvuka u piezokeramičkom tijelu, odnosno ND = 1/2 (SDpm) - 1/2 i NE = 1/2 (SEpm) - 1/2, gdje je SD = SE(1-K2), svaka frekvencijska konstanta ima odgovarajući donji kut.