Analiza parametrów użytkowych ceramiki piezoelektrycznej

(2) Polaryzacja Przetwornik z lampami piezoelektrycznymi jest poprzedzony izotropowym polikryształem, który ma tę samą stałą dielektryczną w kierunkach 1(x), 2(y) i 3(z), czyli tylko jedną stałą dielektryczną. Po obróbce polaryzacyjnej tworzy się anizotropowy polikryształ w wyniku polaryzacji resztkowej generowanej w kierunku polaryzacji. W tym momencie właściwości dielektryczne w kierunku polaryzacji różnią się od właściwości dielektrycznych w pozostałych dwóch kierunkach. Niech kierunek polaryzacji ceramiki będzie w kierunku 3: ε11 = ε22 ≠ ε 33. Spolaryzowana ceramika piezoelektryczna ma dwie stałe dielektryczne ε11 i ε33. Ze względu na efekt piezoelektryczny ceramiki piezoelektrycznej, stałe dielektryczne pomiaru próbek różnią się w różnych warunkach mechanicznych. W warunkach wolnych mechanicznie zmierzona stała dielektryczna nazywana jest stałą dielektryczną, a w εT górny róg T reprezentuje stan wolny mechanicznie. W warunkach mechanicznego zaciskania, pomiarowa stała dielektryczna jest określana jako stała dielektryczna zaciskania, wyrażona jako εS, a górna wartość odniesienia S jest mechanicznym stanem mocowania. Ponieważ istnieje dodatkowe pole elektryczne generowane przez odkształcenie w warunkach mechanicznych i nie ma takiego efektu w warunkach mechanicznego zaciskania, wartości pomiaru stałych dielektrycznych w obu warunkach są różne. Zgodnie z powyższym, ceramika piezoelektryczna spolaryzowana w trzech kierunkach ma cztery stałe dielektryczne, a mianowicie ε11T, ε33T, ε11S, ε11S.

(3) straty dielektryczne
Straty dielektryczne podwodny przetwornik piezoceramiczny jest jednym z ważnych wskaźników jakości każdego materiału dielektrycznego, w tym ceramiki piezoelektrycznej. Pod zmiennym polem elektrycznym ładunek gromadzony w ośrodku składa się z dwóch części: jedna to część aktywna (w fazie), która jest spowodowana procesem przewodnictwa; a druga to część reaktywna (heterogeniczna), która powstaje w wyniku procesu relaksacji ośrodka. Stosunek składnika pozafazowego do składnika w fazie straty dielektrycznej, Ic jest składnikiem w fazie, IR jest składnikiem pozafazowym, kąt między Ic a całkowitym prądem I wynosi δ, ω jest częstotliwością kątową przemiennego pola elektrycznego, a R jest rezystancją strat, C jest kondensatorem dielektrycznym. Ze wzoru (1-4) wynika, że ​​gdy IR jest duże, tg δ jest również duże; tan δ w godzinie IR jest również mały. Strata dielektryczna zwykle wyrażana przez tan δ nazywana jest styczną straty dielektrycznej lub współczynnikiem strat, lub nazywana jest stratą dielektryczną. Strata dielektryka w polu elektrostatycznym wynika z procesu przewodnictwa w ośrodku. Straty dielektryczne w zmiennym polu elektrycznym wynikają ze strat dielektrycznych spowodowanych procesem przewodnictwa i relaksacją polaryzacji. Ponadto strata dielektryczna ferroelektrycznej ceramiki piezoelektrycznej jest również powiązana z procesem ruchu ścian domenowych, ale sytuacja jest bardziej skomplikowana.

Ceramika piezoelektryczna jest elastomerem w zakresie granic sprężystości, naprężenia powinny być proporcjonalne. Niech naprężenie T będzie przyłożone do piezoelektrycznej płyty ceramicznej o polu przekroju poprzecznego A i odkształcenie wytworzone przez S. Zgodnie z prawem Hooke’a związek pomiędzy naprężeniem T a odkształceniem S jest następujący, gdzie S jest stałą gładkości sprężystości. Jednostką jest m2/N; C jest stałą sztywności sprężystej w N/m2. Jednakże każdy materiał jest trójwymiarowy, to znaczy, gdy naprężenie jest przyłożone w kierunku wzdłużnym, odkształcenie powstaje nie tylko w kierunku wzdłużnym, ale także w kierunku szerokości i grubości. Jest to cienki kawałek, jak pokazano, którego długość jest w jednym kierunku, a szerokość w dwóch kierunkach. Przyłożenie naprężenia T1 w kierunku 1 powoduje, że blacha generuje odkształcenie S1 w kierunku 1 i odkształcenie S2 w kierunku 2, a z równania (1-5) nie jest trudno otrzymać S1=S11T1; S2=S12T1. Powyższe dwie stałe podatności sprężystej S11 w porównaniu z S12.

(5) Stała piezoelektryczna

W przypadku typowej bryły naprężenie T powoduje jedynie proporcjonalne odkształcenie S wynoszące Piezoelektryczny przetwornik rurowy Pzt , z którym wiąże się moduł sprężystości, czyli T = YS; ceramika piezoelektryczna ma właściwości piezoelektryczne, co oznacza, że ​​po przyłożeniu naprężenia może wygenerować dodatkowy ładunek. Wygenerowany ładunek jest proporcjonalny do przyłożonego naprężenia. W przypadku ciśnienia i napięcia znak jest odwrotny. Przemieszczenie dielektryczne D (obszar ładunku) i naprężenie T (obszar siły) wyraża się w następujący sposób: D=Q/A=dT gdzie d jest wyrażone w kulombach/niutonach (C/N). Jest to pozytywny efekt piezoelektryczny. Istnieje również odwrotny efekt piezoelektryczny, który wytwarza odkształcenie S proporcjonalnie po przyłożeniu pola elektrycznego E, a powstałe odkształcenie rozszerza się lub kurczy w zależności od kierunku polaryzacji próbki. We wzorze S=dE jednostką d jest metr/wolt (m/v). Stała proporcjonalności d w powyższych dwóch równaniach nazywana jest stałą odkształcenia piezoelektrycznego. Dla dodatnich i odwrotnych efektów piezoelektrycznych d jest liczbowo takie samo,

(6) Stała częstotliwości: