Parâmetros de materiais PZT e equações piezoelétricas (2)

Em segundo lugar, os parâmetros piezoelétricos

3. Há uma relação entre os parâmetros complicado piezoeléctricos de materiais piezoeléctricos, como e = dE e E = -ele como descrito acima. Comparando-os parece dar d = -1 / h, mas não é verdade na prática. Uma vez que o primeiro é administrado sob a condição de τ = 0, e a segunda é dada sob a condição de i = 0, tal comparação simples geralmente não podem ser feitas. Além disso, os materiais piezoeléctricos são cristais piezo anisotrópicos, e sua eléctrica, mecânica e propriedades electromecânicos variam com a direcção da fonte de excitação eléctrica ou mecânica. Portanto, há na verdade muitos parâmetros mecânicos (τ, E, C, s), os parâmetros eléctricos (E, D, ε, p) e parâmetros piezoeléctricos (d, g, i, H) ligado à força e electricidade. Um tensor de componentes. τ e um e cada um tem seis componentes independentes, em seguida, c e s têm 36 componentes; E e D têm cada um três componentes independentes, em seguida, ε e β tem 9 componentes. Por exemplo, cada componente e está relacionado com três componentes E: e1 alongamento relativo (△ l / l) na direcção de X está relacionada com os componentes de E1, E2 e E3 do vector de força do campo nas três direcções de X, Y, e Z.. Portanto, a relação originais e = dE é realmente: e1 = d11E1 + d21E2 + d31E3
As três cepas de eixo normais (E1, E2, E3) e três cepas de cisalhamento independentes (E4, E5, E6) estão todas relacionadas a E nesta forma, então o coeficiente de D tem 3x6 = 18 componentes, portanto, também E2 = D12E1 + D22E2 + D32E3, E3 = D13E1 + D23E2 + D33E3, E4 = D14E1 + D24E2 + D34E3, E5 = D15E1 + D25E2 + D35E3, E6 = D16E1 + D26E2 + D36E3.
Isso significa que cada uma das quatro constantes piezoelétricas deAnel piezo material de pztestá associado a três componentes mecânicos elétricos e seis, para que cada um tenha 18 componentes. No método de expressão, é geralmente indicado na subscrição do símbolo de parâmetros, como DIJ, indico a direção da quantidade elétrica (campo elétrico ou deslocamento elétrico) (existem três direções); J Representa o componente Quantidade Mecânica (estresse ou tensão). No entanto, porque os materiais piezoelétricos têm uma certa simetria, esses componentes podem não ser todos de forma independente, alguns podem ser zero, e alguns podem ser iguais uns aos outros ou relacionados em um determinado relacionamento, então há muito menos componentes independentes. Um cristal piezo específico sempre envolve apenas alguns componentes e não é complicado calcular na prática. O número de componentes independentes geralmente pode ser reduzido a um tensor elástico, um tensor dielétrico e um tensor piezoelétrico para determinar as propriedades do material piezoelétrico. Em aplicações práticas, existem vários componentes como \"d31 \", \"d33 \" e \"d15 \". A principal aplicação na tecnologia de detecção ultra-sônica é a vibração de espessura na direção de polarização do corpo piezoelétrico (definido como a terceira direção ou a direção z). Portanto, o parâmetro dos parâmetros de excitação e alteração nesta direção de polarização é \"D33 \", como D33, G33, etc. As outras duas direções perpendiculares à direção de polarização são designadas como \"1 \" (ou \" X \") e \" 2 \"(ou \" y \") instruções.

Determinamos o significado físico dos parâmetros piezoelétricos relevantes da seguinte forma:

(1) Estiramento constante de campo elétrico D33 = E / E = w / u (metros / volts), em estado livre mecânico (τ = 0), a aplicação de um campo elétrico ao longo da direção de polarização causa pressão relativa ao longo da direção de polarização ou caracterizar a magnitude da tensão gerada por uma tensão unitária na direção da espessura; onde w é a extensão simples (metros) e u é a tensão aplicada (volts). (2) constante de estresse de campo elétrico G33 = -E / τ = -u / p (voltímetro / newton), no estado de circuito aberto elétrico (I = 0), aplicando o estresse ao longo da direção de polarização causa um circuito relativamente aberto ao longo do direção de polarização elegante, ou caracteriza a força do campo elétrico do circuito aberto gerado pela unidade de estresse na direção da espessura; onde você é a tensão de circuito aberto e p é a pressão sonora. Os dois parâmetros acima (D33, G33) são os principais parâmetros do aplicativo em transdutores eletroacústicos. (3) A constante de campo elétrico de estresse I33 = -τ / e (Metro Newton / Volt) representa a magnitude do estresse gerado pela força de campo elétrico da unidade na direção de polarização (direção de espessura). (4) a estirpe de campo elétrico constante H33 = E / E = U / △ t (volts / metro). Caracteriza a tensão relativa do circuito aberto gerada pela cepa da unidade ao longo da direção da polarização (direção de espessura). Na fórmula, Δt é a quantidade de mudança de espessura, e você é a tensão de circuito aberto. Além dos parâmetros piezelétricos acima mencionados, os parâmetros importantes que caracterizam as propriedades do corpo piezoelétrico (5), a constante dielétrica ε, a constante dielétrica deComponnets de anel piezocerâmicosão uma importante quantidade física macroscópica que reflete abrangente o comportamento dielétrico do dielétrico. A medição constante dielétrica sob um campo eletrostático é chamada de constante dielétrica estática, e a medição constante dielétrica sob um campo elétrico alternado é chamada de constante dielétrica dinâmica. Os dois são diferentes. A magnitude da constante dielétrica dinâmica está relacionada à frequência de medição. (6) Módulo elástico, a tensão gerada pelo efeito piezoelétrico está na categoria de tensão elástica, e, obviamente, o estado da tensão estará intimamente relacionado ao módulo elástico do material.

(7) Freqüência constante N: unidades Hz · m, MHz · mm e kHz · mm. Sabemos que a frequência de ressonância de um corpo piezoelétrico não está apenas relacionada às características do próprio material, mas também às dimensões externas do material, então a avaliação do inconveniente de TI. O objetivo de introduzir o parâmetro de constante de frequência é evitar a influência das dimensões externas do material, e apenas como um parâmetro de desempenho piezoelétrico está relacionado às propriedades do material para fácil avaliação. De acordo com os diferentes modos de vibração do corpo piezoelétrico, ele pode ser dividido em: (a) Frequência de vibração de espessura constante NT = FT, (b) Freqüência de vibração de extensão de comprimento constante constante NL = FL, (c) Freqüência de vibração de extensão radial ND = fd, f é a frequência de ressonância; t é a espessura do vibrador; l é o comprimento do vibrador; d é o diâmetro do vibrador. A principal aplicação da tecnologia de teste ultra-sônico é o modo de vibração de espessura, com NT como um parâmetro importante comumente usado, e sua frequência de ressonância: f = (k / 4π2m) 1/2 Ressonância de freqüência fundamental f = (1 / 2T) (c / ρ) 1/2 = C / 2T onde: K = N2 (π2 / 2) (CA / T); M = ρta / 2; W = k / m = 2πf (frequência circular) onde uma é a área do chip piezoelétrico; t é a espessura da bolacha piezoelétrica; n é um múltiplo da vibração da duplicação de frequência; Quando a vibração de frequência fundamental é tomada, n = 1; ρ é a densidade do corpo piezoelétrico; C é a constante elástica do corpo piezoelétrico ao longo do eixo da direção de vibração; C é o cristal piezoelétrico A velocidade do som no caso do modo de vibração de espessura é a velocidade longitudinal de ondas no cristal. De acordo com C = λf (λ é o comprimento de onda), pode-se saber que a espessura do cristal piezoelétrico. Quando a frequência fundamental é usada como a ressonância da espessura é t = λ / 2. Isso pode determinar a espessura de um chip piezoelétrico que ressoa a uma certa frequência fundamental. Exemplo 1: Dado que o bário titanato nt = 2520Hz · m, qual é a espessura do chip se um chip piezoelétrico com uma frequência central de 2.5MHz deve ser feita?

Sabe-se que Clz = 3780m / s para o titanato de zirconato de chumbo (PZT-5A). Se você quiser fazer um chip piezoelétrico com uma freqüência central de 5MHz, qual é a espessura da perda dielétrica do chip (8). Quando um cristal dielétrico é de repente exposto a um campo elétrico, a intensidade de polarização não atinge o valor final ao mesmo tempo, porque, embora a orientação das moléculas (domínios elétricos) tentará seguir a direção do campo elétrico, quando eles será obstruído pela viscosidade doAnel de cerâmica piezo., é necessário absorver a energia do campo elétrico, que se manifesta como um tempo de relaxamento, isto é, a polarização é um fenômeno de relaxamento (relaxamento de polarização). Se o meio for submetido a um campo elétrico alternado e a freqüência alternada é relativamente alta, isso fará com que a polarização segue de maneira oportuna e atraso, o que causará a chamada perda dielétrica e fará com que a constante dielétrica dinâmica seja diferente de a constante dielétrica estática. Parte da energia fornecida ao dielétrico é consumida, forçando a rotação do momento elétrico inerente e convertido em energia térmica a ser consumida. Outra causa de perda dielétrica é o vazamento do dielétrico, especialmente sob a ação de alta temperatura e forte campo elétrico. Devido a vazamento, a energia elétrica é convertida em calor e consumida (perda de condutância). Podemos usar uma resistência de perda paralela RN para representar o consumo de energia elétrica no meio. A corrente através do meio pode ser dividida em uma parte do IR que consome energia e uma parte do IC que não consome energia através da pura capacitância do meio. Usamos a perda dielétrica tangente para representar: tgδ = IR / IC = 1 / ωc0rn onde Ω é a frequência circular do campo elétrico alternado; C0 é o valor de capacitância eletrostática da amostra dielétrica com os eletrodos; Δ A histerese da tangente dielétrica dielétrica angular de corrente versus tensão também é chamada de perda dielétrica, fator de perda dielétrica, e está relacionado à força elétrica, temperatura e frequência.

(9) fator de qualidade elétrica QE

(10) O inverso da tangente de perda dielétrica é o fator de qualidade elétrica: QE = 1 / tgδ = ωcorn em ressonância: QE = (π / 4k2) (zl / zc), onde k é o coeficiente de acoplamento eletromecânico; Zl é a impedância acústica da carga; ZC é a impedância acústica do corpo piezoelétrico. O fator de qualidade elétrica QE é definido como: QE = energia elétrica armazenada pelo vibrador piezoelétrico em ressonância / energia elétrica perdida durante o ciclo de ressonância. Reflete a quantidade de energia elétrica (convertida em energia térmica) consumida pelo corpo piezoelétrico sob a ação de um campo elétrico alternado. Um QE maior significa menos perda de energia. A existência de QE mostra que é impossível para qualquer material piezoelétrico converter completamente energia elétrica em energia mecânica, e a razão para sua perda de energia é a perda dielétrica acima mencionada.