Влияние входной частоты
При низких входных частотах отношения между силой, приложенной к пьезоэлектрическому керамическому элементу, и электрическим полем или зарядом, создаваемым пьезоэлементом, следующие:
E = - (g33T)
Q = - (d33F)
где E: электрическое поле
g33: постоянная пьезоэлектрического напряжения
T: напряжение на керамическом элементе
Q: произведенный заряд
d33: постоянная пьезоэлектрического заряда
F: приложенная сила
Соотношения между приложенным напряжением или электрическим полем и соответствующим увеличением или уменьшением толщины, длины или ширины пьезоэлектрического керамического элемента следующие:
Δh = d33V
S = d33E
Δl / l = d31E
Δw / w = d31E
где l: начальная длина керамического элемента
w: начальная ширина керамического элемента
Δh: изменение высоты (толщины) керамического элемента
Δl: изменение длины керамического элемента
Δw: изменение ширины керамического элемента
d: постоянная пьезоэлектрического заряда
V: приложенное напряжение
S: деформация (изменение высоты / исходная высота элемента)
E: электрическое поле
Пьезоэлектрический керамический элемент, подвергающийся воздействию переменного электрического поля, циклически изменяет размеры с частотой поля. Частота, на которой элемент наиболее легко вибрирует в ответ на электрический ввод и наиболее эффективно преобразует подводимую электрическую энергию в механическую энергию - резонансную частоту - определяется составом керамического материала, а также формой и объемом элемент.
По мере увеличения частоты цикличности колебания элемента сначала приближаются к частоте, при которой полное сопротивление минимально (максимальная проводимость). Эта частота также является резонансной частотой. При дальнейшем увеличении частоты импеданс увеличивается до максимума (минимальной проводимости), который также является антирезонансной частотой. Эти частоты определяются экспериментально - чтобы узнать, как это сделать, обратитесь к разделу «Определение резонансной частоты».
Значения минимальной частоты импеданса и максимальной частоты импеданса можно использовать для расчета коэффициента электромеханической связи k, показателя эффективности, с которой пьезоэлектрический материал преобразует электрическую энергию в механическую или механическую энергию в электрическую. k зависит от режима колебаний и формы керамического элемента. Диэлектрические потери и механические потери также влияют на эффективность преобразования энергии. Диэлектрические потери обычно более значительны, чем механические.
Стабильность - большинство свойств пьезоэлектрического керамического элемента постепенно разрушаются в логарифмической зависимости со временем после поляризации. Точные скорости старения зависят от состава керамического элемента и производственного процесса, использованного для его изготовления. Неправильное обращение с элементом из-за превышения его электрических, механических или тепловых ограничений может ускорить этот врожденный процесс.
Электрические ограничения - Воздействие сильного электрического поля с полярностью, противоположной полярности поляризующего поля, деполяризует пьезоэлектрический материал. Степень деполяризации зависит от марки материала, времени воздействия, температуры и других факторов, но поля 200-500 В / мм или выше обычно имеют значительный деполяризующий эффект. Переменный ток будет иметь деполяризующий эффект в течение каждого полупериода, в котором полярность противоположна полярности поляризующего поля.
Механические ограничения Механическое напряжение, достаточное для нарушения ориентации доменов в пьезоэлектрическом материале, может нарушить выравнивание диполей. Как и подверженность электрической деполяризации, способность выдерживать механическое напряжение различается для разных марок и марок пьезоэлектрических материалов.
Температурные ограничения - если пьезоэлектрический керамический материал нагреть до точки Кюри, домены станут неупорядоченными, и материал будет деполяризован. Рекомендуемая верхняя рабочая температура для керамики обычно находится примерно на полпути между ° C и точкой Кюри. В пределах рекомендуемого диапазона рабочих температур связанные с температурой изменения ориентации доменов обратимы. С другой стороны, эти изменения могут создавать смещения зарядов и электрические поля. Кроме того, резкие колебания температуры могут вызвать относительно высокие напряжения, способные деполяризовать керамический элемент. В систему можно включить конденсатор для приема избыточной электроэнергии.
Для конкретного керамического материала постоянная пироэлектрического заряда - изменение полярности при заданном изменении температуры - и постоянная напряженности пироэлектрического поля - изменение электрического поля при заданном изменении температуры - являются индикаторами уязвимости материала для пироэлектрические эффекты. Высокое отношение постоянной пьезоэлектрического заряда к соотношению постоянной пироэлектрического заряда или отношение постоянной пьезоэлектрического напряжения к постоянной напряженности пироэлектрического поля указывает на хорошую стойкость к пироэлектрическим эффектам.
