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压电元件产品群

压电材料物理特性概要

压电特性的表述是必须有形状、方向等必要条件的。这些条件是通过矢量和张力量显示的,因此,虽然上下段附属代码,可是在特征列表中都分别不同,大致描述如下:

圧電特性概略

等效电路

压电陶瓷如图所示的与振动频率接近的等效电路

等效电路

机电耦合系数 \(k_p、k_t、k_{31}、k_{33}、k_{15}\)

耦合因数是一种系数,由(生成的机械能)对于(供给电能)或(生成的电能)对于(供给的机械能)比的平方根来定义。也显示了压电效应的大小一个量。从共振和反共振频率得来的实用公式如下所示:

机电耦合系数

频率常数 \(N_p、N_t、N_{31}、N_{33}、N_{15}\)

频率常数是基本谐振频率 (\(f_r\)) 与沿振动方向的长度的乘积。此常数主要用来探测谐振频率和尺寸。下面的公式反映了不同震动模式下的频率常数。

频率常数

介电常数 \({\varepsilon_{11}}^T、{\varepsilon_{33}}^T\) 和电容 \(C^T\)

给定电场下引起的电位移为介电常数。由在远低于谐振频率时的频率下的静电容量求出,用于进行压电常数的分析等。此外,\(\varepsilon^T/\varepsilon_0\)(比介电率)为介电常数(\(\varepsilon^T\))与真空介电常数(\(\varepsilon_0\))之比。它们之间的关系可见下列表达式。

\(C^T = \varepsilon^T\cdot\displaystyle\frac{A}{t}\)

这可变为下面的表达式特征表中已经描述了(比介电率 \(\varepsilon^T/\varepsilon{_0}\))

\(C^T = \displaystyle\frac{\varepsilon^T}{\varepsilon{_0}}\cdot\varepsilon{_0}\cdot\displaystyle\frac{A}{t}\)

\(A\):电极面积 [m2] \(t\):电极间距 [m] \(\varepsilon{_0}\ = 8.854\times10^{-12}\) [F/m]

压电常数 \(d_{31}、d_{33}、d_{15}、g_{31}、g_{33}、g_{15}\)

压电常数是一种如耦合因数同样表示压电效果大小的常数。不同的机械边界条件和电子边界条件就可导出四类压电常数,即压电变形常数\(d\),压电电压常数\(g\),压电应力常数\(e\)和\(h\)。实际中经常使用压电变形常数\(d\)和压电电压常数\(g\)。四类常数分别定义如下:

压电常数

对应于输入电压下的电位移值可由压电变常数\(d\)依据上述表达式计算得出,对应于附加功率下的输出电压值可由压电电压常数\(g\)依据上述表达式计算得出。压电应力常数\(e\)和\(h\)与压电电压常数\(g\)、压电变形常数\(d\)分别互为倒数关系。

弹性常数 \({Y_{11}}^E、{s_{11}}^E、{Y_{33}}^E、{s_{33}}^E、{Y_{55}}^E、{s_{55}}^E\)

变形长度与其垂直应力之比为弹性常数\(Y\)。如不考虑其他方向,仅考虑一个特别的方向,则就是弹性刚度常数\(c\)。弹性刚度常数与弹性柔度常数\(s\)互为倒数关系。

\(Y = c = \displaystyle \frac{1}{s}\)

弹性常数是对于压电陶瓷与决定谐振频率的频率常数\(N\)直接相关的常数,也是与发电功率相关的常数。

泊松比 \(\sigma\)

泊松比是由均匀分布的垂直应力所引起的横向应变与相应的垂直应变之比。

\(\sigma = \displaystyle \frac{\alpha}{\beta} = -\displaystyle \frac{{s_{12}}^E}{{s_{11}}^E}\)

泊松比是一个与谐振频率和耦合区域的共振相关的量。

介电损耗 \(\tan \delta\)

假如给予压电体方波频率下的正弦交流波电场,电位移在\(\pi/2\)的相位下振动。但是,事实上,电位移应该在 时间下延迟,并产生一个损耗量。具体可见如下示意图。在等效电路中\(C\)、\(R\)和\(\tan \delta\)关系可见下面的公式。损耗将变为诸如电介质热电变化之类的行为。

介电损耗

机械的\(Q\) \(Q_m\)

因压电体有弹性损耗和电介质损耗,交流电场应力产生相差\(\delta_m\)。

\(Q_m\)的大小与谐振频率下的机械振动锐度相关。

居里点 \(T_c\)

压电体的电介(常数)\(\varepsilon\)随着温度\(T\)的上升变化到无穷大。结果,晶体变得不稳定,晶体系统将迅速改变对边界的一个特定的温度\(\theta_0\),这个温度\(\theta_0\)是一个居里点,并显示了临输出温度为散失极化和压电特性的。介电常数\(\varepsilon\)从高温区变化遵特以下公式

居里点

关于压电陶瓷振子的导纳特性

关于压电陶瓷振子的导纳特性

振动器形状和振动模式的例子

横向效应振动器

纵向效应振动器

各种振动器的基本共振频率

各种振动器的基本共振频率