压电陶瓷参数整理
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压电陶瓷dcs3参数全文共四篇示例,供您参考第一篇示例:压电陶瓷(DCS3)是一种具有压电效应的陶瓷材料,其参数对于压电陶瓷的应用至关重要。
压电陶瓷由于其优异的压电性能、机械性能和化学稳定性,在声学、传感、电声、声表面波设备等领域都有广泛的应用。
在工程领域中,压电陶瓷的参数对于设计和使用压电材料的设备至关重要。
深入了解压电陶瓷DCS3的参数对于工程应用具有重要的意义。
压电陶瓷DCS3的参数之一是压电系数。
压电系数是压电陶瓷材料的一个重要参数,它描述了材料在受到机械应力时产生的电荷量与机械应力的关系。
对于压电陶瓷而言,压电系数的大小直接影响到其在传感、换能器等领域的性能表现。
准确测定和掌握压电陶瓷DCS3的压电系数是非常重要的。
压电陶瓷DCS3的谐振频率也是一个重要参数。
谐振频率是指在给定的尺寸和结构条件下,压电陶瓷在电场作用下产生的机械谐振频率。
该参数直接影响了压电陶瓷在振动传感和滤波器等领域的应用效果。
对于设计和制造具有特定频率响应特性的压电陶瓷设备而言,准确控制谐振频率至关重要。
压电陶瓷DCS3的介电常数也是一个重要的参数。
介电常数描述了材料对电场的响应能力,是一个衡量材料绝缘性能的重要参数。
对于压电陶瓷而言,介电常数的大小直接影响到其在电声换能器、压电陶瓷储能器等设备中的性能表现。
准确掌握压电陶瓷DCS3的介电常数对于实现其在电声应用中的最佳效果至关重要。
压电陶瓷DCS3在不同温度和频率下的参数变化也是需要重点关注的。
由于压电陶瓷在实际工程应用中会受到温度和频率的影响,因此对于其参数随温度和频率的变化规律进行研究和分析,对于完善压电陶瓷材料的工程应用具有重要的意义。
压电陶瓷DCS3的参数对于其在工程应用中的性能表现起着至关重要的作用。
在设计和使用压电陶瓷材料的设备时,需全面了解并准确掌握其各项参数,以确保其在特定应用条件下具有良好的性能表现。
需要加强对其参数变化规律的研究,以进一步完善压电陶瓷材料在工程领域的应用效果。
压电陶瓷性能参数解析压电陶瓷是一种能够将电能转化为机械动能的材料。
它具有压电效应,即当施加电场时,会在陶瓷晶体中产生机械变形;反之,当施加机械应力时,会在陶瓷晶体中产生电荷积累。
这种特性使得压电陶瓷在传感器、声学器件、电子器件等领域得到广泛应用。
本文将介绍一些常见的压电陶瓷性能参数。
1.压电系数:压电系数是衡量压电材料性能的重要参数,用于描述材料在施加外部压力或电场时的响应情况。
它可分为压电应变系数d和压电电场系数g。
压电应变系数d用于描述压电陶瓷在施加电场时的形变情况,通常以毫米/伏作为单位。
压电电场系数g用于描述压电陶瓷在施加应力时产生的电荷量,通常以库伦/牛作为单位。
2.介电常数:介电常数是衡量材料在电场作用下电荷积累能力的参数。
压电陶瓷的介电常数通常以两个维度进行描述,分别为介电常数的相对静电介电常数(εr)和相对介电常数(εr)。
3.矫顽场和剩余极化:矫顽场是指施加电场或机械应力后,压电陶瓷尚未发生压电效应的最大电场或应力值。
剩余极化是指当外场消除时,材料中保留的极化强度。
这两个参数都能够反映压电陶瓷的稳定性和可逆性。
4.力常数和耦合系数:力常数是描述压电陶瓷的力-位移耦合效应的参数,标志着材料在施加电场时的机械响应程度。
耦合系数是力常数的相对值,是一种无量纲参数,常用于比较不同材料之间的压电性能。
5.介质损耗和压电品质因数:介质损耗是指压电陶瓷在工作频率下由于材料自身的损耗所导致的能量损失。
压电品质因数是衡量压电陶瓷在工作频率下损耗程度的参数,取决于介质损耗和介电常数等因素。
6.工作温度范围:工作温度范围是指压电陶瓷在正常工作条件下可以承受的温度范围。
这是一个重要的参数,因为一些压电材料在高温或低温环境中性能会发生变化。
以上是一些常见的压电陶瓷性能参数。
不同的应用场景对这些参数的需求也有所不同,因此在选用压电陶瓷材料时,需要根据具体的应用需求对这些性能参数进行综合考虑。
压电陶瓷的性能参数对材料的性能和应用特性有着重要的影响,因此对于压电材料的研究和理解是非常重要的。
pzt压电陶瓷片规格参数压电陶瓷片是一种复合电介质,以陶瓷介质为基础,以压电铋酸钙和/或铁氧化物为结构组分和/或乙二胺(EDTA),将三或多个原始无机晶体或分子结构,复合成一种半固态散装材料。
主要用于绝缘电容,以及压电传感器,压电膜,PZT压电陶瓷片等。
PZT压电陶瓷片的规格参数:1. 材料类型:PZT(铌酸钴)复合材料;2. 铁氧体成份:最大值可达30%;3. 铌比例:铌钴为主,最大值可达60%-65%;4. 厚度:常规厚度0.1mm-3mm,4mm-6mm和0.7mm-10mm;5. 尺寸规格:典型尺寸:20m*20mm,50mm*50mm,2"*2"和4"*4",也可定制;6. 运动应力:最高抗应力可达20KV/mm;7. 绝缘系数:最大值可达10000;8. 温度系数:最高温度可达500℃;9. 电阻率:最小值可达6Ω*cm;10. 芯片:普通芯片类型压电陶瓷片,尺寸按照客户定制;11. 型号:PN-2030压电陶瓷片,它具有豪华外观,坚固耐用;12. 标准:按照JIS,ASTM,IEC标准来生产;13. 电容量:0.1~1.2uf/2.2~10uf/10.0~1000uf/1000~10000uf;14. 电磁感应-> 磁感应熔断:最小的可达18kA/m;15. 力学特性:平衡孔宽,强度高;16. 耐温特性:可耐高温达到500℃;17. 耐化学性能:适用于各种溶解和溶解环境;18. 耐磨损特性:表面硬度可高达1340Hv;19. 材料方向分布:压电陶瓷片具有非均匀的材料方向分布,是多层压电陶瓷结构,其具有抗拉力、抗折弯力等。
20. 电子特性:压电陶瓷片具有高磁性、耐磁变分布特性,并且有一定的电子特性;21. 遗传特性:压电陶瓷片具有较好的遗传性能,具有好的温度稳定性和绝缘性;22. 特殊性能:压电陶瓷片具有可调性良好的特性,可根据用户的不同需求而定制压电陶瓷片。
pzt-4压电陶瓷电学参数
PZT-4是一种常见的压电陶瓷材料,具有优良的压电性能和电
学参数。
关于PZT-4的电学参数,我们可以从多个方面来进行全面
的回答。
首先,PZT-4的介电常数通常在1000至1500之间,这意味着
它在外加电场下的极化能力非常强。
这也使得PZT-4成为一种优秀
的压电材料,可用于传感器、换能器和压电马达等应用。
其次,PZT-4的压电常数通常在600至750之间,这表明它对
于机械应力的响应非常敏感。
这使得PZT-4在压电传感器和执行器
方面有着广泛的应用,例如压力传感器、声波发生器等。
此外,PZT-4的电机械耦合系数通常在0.6至0.7之间,这意
味着它能够高效地将电能转换为机械能,或者将机械能转换为电能,因此在压电换能器和压电马达中有着重要的应用。
另外,PZT-4的电阻率通常在10^9至10^11Ω·cm之间,这使
得它在一些特定的电学应用中能够表现出良好的绝缘性能。
总的来说,PZT-4作为一种压电陶瓷材料,具有较高的介电常数、压电常数和电机械耦合系数,以及较高的电阻率,这些优秀的电学参数使得它在压电传感器、换能器、压电马达等领域有着广泛的应用前景。
希望这些信息能够对你有所帮助。
压电材料的主要性能参数(1) 介电常数ε介电常数是反映材料的介电性质,或极化性质的,通常用ε来表示。
不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。
例如,压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大,而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
介电常数ε与元件的电容C ,电极面积A 和电极间距离t 之间的关系为ε=C ·t/A式中C ——电容器电容;A ——电容器极板面积;t ——电容器电极间距当电容器极板距离和面积一定时,介电常数ε越大,电容C 也就越大,即电容器所存储电量就越多。
由于所需的检测频率较低,所以ε应大一些。
因为ε大,C 就相应大,电容器充放电时间长,频率就相应低。
(2)压电应变常数压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小: 31(/)t d m V U= 式中 U ——施加在压电晶片两面的压电;△t ——晶片在厚度方向的变形。
压电应变常数33d 是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。
其值大,发射性能好,发射灵敏度越高。
(3)压电电压常数33g压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的压电梯度大小:31(m/N)P U g V P=• 式中 P ——施加在压电晶片两面的应力;P U —— 晶片表面产生的电压梯度,即电压U 与晶片厚度t 之比,P U =U/t 。
压电电压常数33g 是衡量压电晶体材料接收性能的重要参数。
其值大,接收性能好,接收灵敏度高。
(4)机械品质因数机械品质因数也是衡量压电陶瓷的一个重要参数。
它表示在振动转换时材料内部能量消耗的程度。
产生损耗的原因在于内摩擦。
m E E θ=储损m θ值对分辨力有较大的影响。
机械品质因数越大,能量的损耗越小,晶片持续振动时间长,脉冲宽度大,分辨率低。
(5)频率常数由驻波理论可知,压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是: 022LL C t f λ== 式中 t ——晶片厚度;L λ——晶片中纵波波长;L C ——晶片中纵波的波速; 0f ——晶片固有频率。
压电陶瓷片主要参数
压电陶瓷片是一种用来发声的新型智能元件,它的出现便开创了现代声学技术
的一个崭新篇章。
该片由导电玻璃/电子基材以及表面强度层组成,其中导电玻璃/电子基材主要由高温烧结的压电陶瓷和可抗热韧性的电子基材构成,当外加电场即
使产生压陷,超声波可由此系统发出。
压电陶瓷片的主要参数包括尺寸、厚度、电容量、超声反射系数、频率和电压。
其中,片子尺寸对其工作有非常大的影响,尺寸越大,其反应的尺度就越大,电容量就越大;厚度过厚也会降低其超声能力,最佳厚度为0.381mm;超声反射系数通
常在20-40,这取决于其介质和常数;超声频率可以从1-20kHz,该参数受尺寸、
厚度和介质参数影响;最后,电压越大,超声能力越强。
因此,压电陶瓷片的主要参数的设计制造的精度和实用性都是极为关键的,确
保压电陶瓷片的可靠性和质量。
正确地掌握这些参数,可以有效地协助工程师们科学地选定、定制和使用各种压电陶瓷片。
压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料,可将机械的压力或应力转化为电能,同时也可以将电能转化为机械的压力或应力。
因此,对于压电陶瓷材料的测试,需要关注以下13个基本参数。
1.介电常数(Dielectric constant):介电常数是指材料在电场作用下的电极化能力,是压电陶瓷材料的一个重要指标。
介电常数越大,材料的电极化能力越强。
2.电容(Capacitance):电容是指单位电压下存储的电荷量,通常以法拉(F)为单位。
对于压电陶瓷材料,电容可以用来判断材料的电性能。
3.压电系数(Piezoelectric coefficient):压电系数是指压电材料产生的电荷与施加在材料上的应力或压力之间的比例关系。
压电系数可以分为压电应力系数和压电应变系数。
4.机械耦合系数(Electromechanical coupling coefficient):机械耦合系数是指压电陶瓷材料在机械和电学特性之间的耦合程度。
该参数描述了材料将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的能力。
5.压电应用温度范围(Operating temperature range):压电陶瓷材料在不同温度下的性能是不同的,因此需要确定材料的工作温度范围。
过高或过低的温度可能会影响材料的性能。
6.力常数(Force constant):力常数是指压电材料在单位面积上所承受的力与电压或电荷之间的比例关系。
力常数可以用来描述材料的力学特性。
7.色散(Dispersion):色散是指压电陶瓷材料的压电性能随着频率的变化而产生的变化。
了解材料的色散特性可以优化材料的应用。
8.应力-应变曲线(Stress-strain curve):应力-应变曲线描述了在施加外力或压力时,材料的应力和应变之间的关系。
通过绘制应力-应变曲线,可以获得材料的力学性能。
9.电化学稳定性(Electrochemical stability):压电陶瓷材料应具有良好的电化学稳定性,以确保其在一定电压或电流下不发生电化学反应。
压电陶瓷性能参数解析T=cS(1-6)式中,S为弹性顺度常数,单位为m2/N;C为弹性劲度常数,单位为N/m2。
但是,任何材料都是三维的,即当施加应⼒于长度⽅向时,不仅在长度⽅向产⽣应变,宽度与厚度⽅向上也产⽣应变。
设有如图1-2所⽰的薄长⽚,其长度沿1⽅向,宽度沿2⽅向。
沿1⽅向施加应⼒T1,使薄⽚在1⽅向产⽣应变S1,⽽在⽅向2上产⽣应变S2,由(1-5)式不难得出S1=S11T1(1-7)S2=S12T1(1-8)上⾯两式弹性顺度常数S11和S12之⽐,称为迫松⽐,即(1-9)它表⽰横向相对收缩与纵向相对伸长之⽐。
同理,可以得到S13,S21,S22,其中,S22=S11,S12。
极化过的压电瓷,其独⽴的弹性顺度常数只有5个,即S11,S12,S13,S33和S44。
独⽴的弹性劲度常数也只有5个,即C11,C12,C13,C33和C44.由于压电瓷存在压电效应,因此压电瓷样品在不同的电学条件下具有不同的弹性顺度常数。
在外电路的电阻很⼩相当于短路,或电场强度E=0的条件下测得的称为短路弹性顺度常数,记作S E。
在外电路的电阻很⼤相当于开路,或电位移D=0的条件下测得的称为开路弹性顺度常数,记作S D。
由于压电瓷为各向异相性体,因此共有下列10个弹性顺度常数:S E11,S E12,S E13,S E33,S E44,S D12,S D13,S D33,S D44。
同理,弹性劲度常数也有10个:C E11,C E12,C E13,C E33,C E44,C D11,C D12,C D13,C D33,C D44。
(4)机械品质因数。
压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料,能够在外加电场或机械应力的作用下产生电荷分离效应。
因此,测试压电陶瓷材料的基本参数是非常重要的,这些参数可以用来评估材料的性能和用途。
以下是测试压电陶瓷材料常用的13个基本参数。
1.电阻:电阻是指材料对电流的阻碍程度。
测试电阻可以了解材料的导电性能和内部结构。
2.电容:电容是指材料对储存电荷的能力。
测试材料的电容可以了解其在电场下的响应能力。
3.线性压电系数:线性压电系数是指材料在外加应力下产生的电荷与应力之间的比例关系。
测试线性压电系数可以了解材料的压电性能。
4.介电常数:介电常数是指材料在电场下的电容性能。
测试介电常数可以了解材料的储存和释放电荷的能力。
5.机械弹性模量:机械弹性模量是指材料在单位应力下的应变程度。
测试机械弹性模量可以了解材料在外力下的变形性能。
6.导电性:导电性是指材料对电流的传输性能。
测试导电性可以评估材料的导电能力。
7.相对介电常数:相对介电常数是指材料在电场中的电容性能相对于真空的比例关系。
测试相对介电常数可以了解材料对电场的响应能力。
8.环境温度:环境温度是指材料所处环境的温度。
测试环境温度可以了解材料在不同温度下的性能。
9.硬度:硬度是指材料对外力的抵抗能力。
测试硬度可以评估材料的耐磨性和耐压性能。
10.热膨胀系数:热膨胀系数是指材料随温度变化时的尺寸变化率。
测试热膨胀系数可以了解材料在温度变化时的稳定性。
11.耐压强度:耐压强度是指材料在单位面积下能够承受的最大压力。
测试耐压强度可以评估材料的抗压性能。
12.自由震荡频率:自由震荡频率是指材料在无外界激励下自然振动的频率。
测试自由震荡频率可以了解材料的振动特性。
13.力学损耗因子:力学损耗因子是指材料在振动或应力下的能量损耗程度。
测试力学损耗因子可以评估材料的能量耗散性能。
以上是测试压电陶瓷材料常用的13个基本参数。
通过测试这些参数,可以了解材料的电性能、机械性能和热性能等方面,为材料的研究和应用提供重要参考。
压电陶瓷材料的主要性能及参数自由介电常数εT33(free permittivity)电介质在应变为零(或常数)时的介电常数,其单位为法拉/米。
相对介电常数εTr3(relative permittivity)介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值,εTr3=εT33/ε0,它是一个无因次的物理量。
介质损耗(dielectric loss)电介质在电场作用下,由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。
损耗角正切tgδ(tangent of loss angle)理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0,但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗,电流超前的相位角ψ小于900,它的余角δ(δ+ψ=900)称为损耗角,它是一个无因次的物理量,人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小,它表示了电介质的有功功率(损失功率)P与无功功率Q之比。
即:电学品质因数Qe(electrical quality factor)电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数,用Qe表示,它是一个无因次的物理量。
若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样,则Qe=1/ tgδ=ωCR机械品质因数Qm(mechanical quanlity factor)压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数。
它与振子参数的关系式为:泊松比(poissons ratio)泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比,是一个无因次的物理量,用δ表示:δ= - S 12 /S11串联谐振频率fs(series resonance frequency)压电振子等效电路中串联支路的谐振频率称为串联谐振频率,用f s 表示,即并联谐振频率fp(parallel resonance frequency)压电振子等效电路中并联支路的谐振频率称为并联谐振频率,用f p 表示,即f p =谐振频率fr(resonance frequency)使压电振子的电纳为零的一对频率中较低的一个频率称为谐振频率,用f r 表示。
压电陶瓷材料测试需要知道的13个基本参数压电陶瓷材料是一种能够通过施加电压或应力来产生机械变形,或者通过施加机械压力或应变来产生电荷分离的材料。
在压电陶瓷材料测试中,以下是13个基本参数,用于评估和分析材料的性能和特性。
1.压电系数(Piezoelectric Coefficient):表示压电陶瓷材料在单位电场下产生的机械应变或单位应变下产生的电荷。
具体包括压电应变系数和压电电荷系数。
2.介电常数(Dielectric Constant):指材料在外加电场下的电容率。
介电常数决定了材料的电介质性能。
3.机械质量密度(Mechanical Density):表示单位体积内材料的质量。
机械质量密度影响材料的力学性能。
4.晶体结构(Crystal Structure):描述压电陶瓷材料的晶体结构,如立方晶系、四方晶系等。
5.绝缘电阻(Insulation Resistance):表示材料对电流的阻抗能力。
绝缘电阻高表示材料的绝缘性能好。
6.介电损耗因子(Dielectric Loss Factor):表示压电材料在交变电源下的能量损耗。
7.压电耦合因子(Piezoelectric Coupling Factor):表示材料电能到机械能的转换效率。
该参数对于传感器和执行器的性能至关重要。
8.矢量震荡模式(Vector Resonance Mode):表示压电材料在特定频率下的最佳工作模式。
根据应用的需要,不同的矢量震荡模式可以选择。
9.饱和电压(Saturation Voltage):指材料在电场作用下的饱和电压值。
在此电压下,材料的压电响应达到最大。
10.功率密度(Power Density):表示材料转换电能到机械能的能力。
高功率密度表示材料具有更高的工作效率。
11.主谐波(Fundamental Resonance):表示材料在特定频率下的共振点。
主谐波频率是设计和优化压电材料应用的重要参考。
12.稳定性(Stability):指材料在温度、湿度和外界环境变化下的稳定性能。
压电陶瓷性能参数解析压电陶瓷是一种应用广泛的功能陶瓷材料,具有优异的压电性能。
压电陶瓷的性能参数对于材料的应用和设计具有重要的参考意义。
本文将对压电陶瓷的几个重要性能参数进行解析,并分析其对材料性能的影响。
1.压电系数压电系数是衡量压电陶瓷材料压电效应强弱的一个重要参数。
它表示了材料在受到外界应力或电场刺激下的压电响应程度。
压电系数通常分为压电应力系数d和压电电比系数g两种。
其中,d系数表示了材料在受到外力压紧时输出的电荷量与应力之间的关系,而g系数表示了材料在受到外电场刺激时输出电荷的量与电场强度之间的关系。
2.介电常数介电常数是指材料在外电场刺激下的电介质性能。
它反映了材料对电磁波的介质响应能力。
介电常数由静电介电常数ε和介电损耗tanδ两个参数组成。
静电介电常数ε表示了材料在频率趋近于零时的介电性能,而介电损耗tanδ则表示了材料在外电场作用下存在的能量损耗。
3.压电谐振频率和机械品质因数压电谐振频率是指压电元件在应用于谐振电路时的共振频率。
它是由压电材料的物理性质和结构参数共同决定的。
机械品质因数则是衡量压电元件在谐振电路中信号传输的能力和能量损耗的一个参数。
较高的机械品质因数意味着能够更有效地将能量传输给压电材料。
4.矢量磁导率矢量磁导率是压电陶瓷材料对磁场的响应能力。
它由静磁导率和磁导率损耗θ两个参数组成。
静磁导率描述了材料对磁场的响应能力,而磁导率损耗θ则表示了材料在外磁场作用下存在的能量损耗。
这些性能参数对于压电陶瓷材料的应用具有重要的影响。
例如,较高的压电系数和介电常数意味着材料具有更强的压电效应和介电性能,适用于压电传感器和电控驱动器件等领域。
而较高的压电谐振频率和机械品质因数则意味着材料能够更好地应用于高频谐振器和滤波器等器件。
另外,矢量磁导率的大小对于磁声换能器和磁传感器的性能也有着重要的影响。
总之,了解和解析压电陶瓷的性能参数对于材料的选择和应用具有重要的意义。
不同性能参数的大小和综合能力决定了压电陶瓷的功能和应用范围。
压电陶瓷选用贵公司的P-5H型号,金属基板选用铍青铜金属。
——钹式压电结构:10个
表3 压电圆薄板结构参数表
经过ANSYS 仿真,为与压电结构相匹配,设定弹簧的频率f 为1528Hz 。
弹簧的频率公式为:
f =
频率公式中的12,k k 分别为质量块-弹簧系统两弹簧的刚度系数,两弹簧相同,所以12k k =,0m 为质量块的质量。
弹簧的刚度系数k 的计算表达式:
4
3
2
8F Gd k X nD == 式中n 为弹簧的工作圈数;2D 为弹簧的中径;d 为弹簧材料的直径;G 为弹簧材料的切变模量,一般取值为7.84×104N /mm ;
1、确定质量块的质量0m :分别取1g 、5g
2、确定12,k k 的值:分别为12k k ==46N/mm 、230 N/mm 其余尺寸参数结合压电发电装置整体结构进行确定。
压电材料的主要性能参数
(1)介电常数ε
??介电常数是反映材料的介电性质,或极化性质的,通常用ε来表示。
不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。
例如,压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大,而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
??介电常数ε与元件的电容C,电极面积A和电极间距离t之间的关系为??? ε=C·t/A
式中C——电容器电容;A——电容器极板面积;t——电容器电极间距
当电容器极板距离和面积一定时,介电常数ε越大,电容C也就越大,即电容器所存储电量就越多。
由于所需的检测频率较低,所以ε应大一些。
因为ε大,C就相应大,电容器充放电时间长,频率就相应低。
(2)压电应变常数
压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小:
31
(/) t
d m V
U
=
式中 U——施加在压电晶片两面的压电;
△t——晶片在厚度方向的变形。
压电应变常数
33
d是衡量压电晶体材料发射性能的重要参数。
其值大,发射性能好,发射灵敏度越高。
(3)压电电压常数
33
g
压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的压电梯度大小:
31
(m/N) P
U
g V
P
=•
式中 P——施加在压电晶片两面的应力;
P
U——晶片表面产生的电压梯度,即电压U与晶片厚度t之比,P
U=U/t。
压电电压常数
33
g是衡量压电晶体材料接收性能的重要参数。
其值大,接收性能好,接收灵敏度高。
(4)机械品质因数
??机械品质因数也是衡量压电陶瓷的一个重要参数。
它表示在振动转换时材料内部能量消耗的程度。
产生损耗的原因在于内摩擦。
m E E θ=储损
m θ值对分辨力有较大的影响。
机械品质因数越大,能量的损耗越小,晶片持续振动时间长,脉冲宽度大,分辨率低。
(5)频率常数
由驻波理论可知,压电晶片在高频电脉冲激励下产生共振的条件是: 0
22L
L C t f λ== 式中 t ——晶片厚度;L λ——晶片中纵波波长;L C ——晶片中纵波的波速; 0f ——晶片固有频率。
则:
02
L t C N tf == 这说明压电片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,这个常数叫做频率常数。
因此,同样的材料,制作高频探头时,晶片厚度较小;制作低频探头时,晶片厚度较大。
(6)机电耦合系数K
??机电耦合系数K 是综合反映压电材料性能的参数,它表示压电材料的机械能与电能之间的耦合效应。
机电耦合系数可定义为
K =转换的能量输入的能力
探头晶片振动时,同时产生厚度方向和径向两个方向的伸缩变形,因此机电耦合系数分为厚度方向t K 和和径向p K 。
t K 大,检测灵敏度高;p K 大,低频谐振波增多,发射脉冲变宽,导致分辨率降低,盲区增大。
(7)居里温度C T
压电材料与磁性材料一样,其压电效应与温度有关。
它只能在一定的温度范围内产生,超过一定温度,压电效应就会消失。
使压电材料的压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用C T 表示。
探头对晶片的一般要求:
(1) 机电耦合系数K 较大,以便获得较高的转换效率。
(2) 机械品质因子m θ较小,以便获得较高的分辨率和较小的盲区。
(3) 压电应变常数31d 和压电电压常数31g 较大,以便获得较高的发射灵敏度
和接收灵敏度。
(4) 频率常数t N 较小,介电常数ε较大,以便获得较低的频率。
(5) 居里温度
C T 较高,声阻抗适中。
几种主要的压电陶瓷材料
1钛酸钡压电陶瓷(3BaTiO )
钛酸钡是最先制成并得到广泛应用的压电陶瓷,其机电耦合系数很高。
和其他压电陶瓷比起来,它居里点较低,其机电性能在常温范围内很不稳定,并具有很大的老化率。
在强电场作用下,介电损耗也比较大。
为了改进钛酸钡性能,采用离子替换和添加少量添加物的方法,这样提高压电常数、弹性常数和介电常数的温度稳定性。
2锆钛酸铅压电压电陶瓷(PZT)
锆钛酸铅压电压电陶瓷的居里点比钛酸钡高的多,在较大的温度范围内性能比较稳定,作为换能材料,它的压电效应显着。
且可以通过变更其化学组成大幅度调整其化学性能。
锆钛酸铅种类繁多,各具特点。
PZT-4(发射型)具有低机械损耗和介电损耗、大的交流退极化场,并具有较大的介电常数、机电耦合系数和压电常数,特别适合于强电场、大机械振幅的激励。
PZT-5(接收型)具有高机电耦合系数、高压电应变常数和高电阻率,各机电参数具有优异的时间稳定性和温度稳定性,对低功率共振和非共振适用。
PZT-8具有比PZT-4更低的机械损耗和介电常数、机电耦合系数,但抗张强度和稳定性优于PZT-4,更适用于高机械振幅的激励。
3偏铌酸铅压电陶瓷(26PbNb O )
它的突出优点是能够经受接近居里点(570℃)而不会强烈地退极化。
另一个特点是具有特别低的机械品质因数。
特别适合做宽带、耐高温、耐高静水压的换能器。
4铌酸钾钠压电陶瓷(3(,)Na K NbO )
它具有非常低的介电常数、较高的频率常数和较高的切变机电耦合系数15k ,因而适合切变模式特别是高频(10~100MHz )下的换能器。
5钛酸铅压电陶瓷(3PbTiO )
它是一种颇具特点的压电材料。
其居里点很高,适合在高温下工作。
在压电陶瓷中,它的介电常数最小,具有中等阻抗。
它的机电耦合系数t k 和33k 较大,而p k 和31k 却很小,用其制作沿z 轴振动振子,易得到近似的纯模。
它的压电常数33g 大,适于做接收器。
超声波探头常用压电材料的主要性能参数
31/10d C N • , 31/10g Vm N • C , 3t m •。