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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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PIEZO ELEMENT VERHALTEN



Einfluss der Eingangsfrequenz
Bei niedrigen Eingangsfrequenzen sind die Beziehungen zwischen einer auf ein piezoelektrisches Keramikelement ausgeübten Kraft und dem von dem Piezoelement erzeugten elektrischen Feld oder der folgenden Ladung:



E = - (g33T)
Q = - (d33F)
wobei E: elektrisches Feld
g33: Piezospannung konstant
T: Belastung des keramischen Elements
Q: erzeugte Gebühr
d33: piezoelektrische Ladungskonstante
F: aufgebrachte Kraft

Die Beziehungen zwischen einer angelegten Spannung oder einem elektrischen Feld und der entsprechenden Zunahme oder Abnahme der Dicke, Länge oder Breite eines piezoelektrischen keramischen Elements sind:
Δh = d33V
S = d33E
Δl / l = d31E
Δw / w = d31E
wobei l: Anfangslänge des keramischen Elements
w: anfängliche Breite des keramischen Elements
Δh: Änderung der Höhe (Dicke) des keramischen Elements
Δl: Längenänderung des keramischen Elements
Δw: Breitenänderung des keramischen Elements
d: piezoelektrische Ladungskonstante
V: angelegte Spannung
S: Dehnung (Höhenänderung / ursprüngliche Elementhöhe)
E: elektrisches Feld

Ein piezoelektrisches keramisches Element, das einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt ist, ändert seine Abmessungen zyklisch mit der Frequenz des Feldes. Die Frequenz, bei der das Element als Reaktion auf den elektrischen Eingang am leichtesten vibriert und den elektrischen Energieeintrag am effizientesten in mechanische Energie - die Resonanzfrequenz - umwandelt, wird durch die Zusammensetzung des Keramikmaterials und durch die Form und das Volumen von bestimmt das Element.

Wenn die Frequenz des Zyklus erhöht wird, nähern sich die Schwingungen des Elements zunächst einer Frequenz, bei der die Impedanz minimal ist (maximale Admittanz). Diese Frequenz ist auch die Resonanzfrequenz. Wenn die Frequenz weiter erhöht wird, steigt die Impedanz auf ein Maximum (minimale Admittanz), was auch die Antiresonanzfrequenz ist. Diese Frequenzen werden experimentell bestimmt. Um zu sehen, wie dies geschieht, siehe Bestimmen der Resonanzfrequenz.

Die Werte für die Minimalimpedanzfrequenz und die Maximalimpedanzfrequenz können verwendet werden, um den elektromechanischen Kopplungsfaktor k zu berechnen, ein Indikator für die Effektivität, mit der ein piezoelektrisches Material elektrische Energie in mechanische Energie oder mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. k hängt von der Schwingungsart und der Form des keramischen Elements ab. Dielektrische Verluste und mechanische Verluste beeinflussen auch die Effizienz der Energieumwandlung. Dielektrische Verluste sind normalerweise bedeutender als mechanische Verluste.

Stabilität - Die meisten Eigenschaften eines piezoelektrischen Keramikelements erodieren allmählich in logarithmischer Beziehung mit der Zeit nach der Polarisation. Die genauen Alterungsraten hängen von der Zusammensetzung des keramischen Elements und dem Herstellungsprozess ab, der zu seiner Herstellung verwendet wird. Eine falsche Handhabung des Elements durch Überschreiten seiner elektrischen, mechanischen oder thermischen Einschränkungen kann diesen Prozess beschleunigen.

Elektrische Einschränkungen - Die Einwirkung eines starken elektrischen Feldes mit entgegengesetzter Polarität als das polarisierende Feld depolarisiert ein piezoelektrisches Material. Der Depolarisationsgrad hängt von der Materialqualität, der Einwirkungszeit, der Temperatur und anderen Faktoren ab, jedoch haben Felder von 200 bis 500 V / mm oder mehr typischerweise einen signifikanten depolarisierenden Effekt. Ein Wechselstrom wird während jedes Halbzyklus, in dem die Polarität der des Polarisationsfeldes entgegengesetzt ist, depolarisierend wirken.
Mechanische Einschränkungen Mechanische Beanspruchungen, die ausreichen, um die Ausrichtung der Domänen in einem piezoelektrischen Material zu stören, können die Ausrichtung der Dipole zerstören. Wie bei der Anfälligkeit für elektrische Depolarisation unterscheidet sich die Fähigkeit, mechanischen Belastungen standzuhalten, zwischen den verschiedenen Typen und Marken von piezoelektrischen Materialien.

Thermische Einschränkungen - Wenn ein piezoelektrisches Keramikmaterial auf seinen Curie-Punkt erhitzt wird, werden die Domänen ungeordnet und das Material wird depolarisiert. Die empfohlene obere Betriebstemperatur für eine Keramik liegt normalerweise ungefähr auf halbem Weg zwischen ° C und dem Curie-Punkt. Innerhalb des empfohlenen Betriebstemperaturbereichs sind temperaturbedingte Änderungen in der Ausrichtung der Domänen reversibel. Auf der anderen Seite können diese Änderungen Ladungsverschiebungen und elektrische Felder erzeugen. Auch plötzliche Temperaturschwankungen können relativ hohe Spannungen erzeugen, die das keramische Element depolarisieren können. In das System kann ein Kondensator eingebaut werden, um die überflüssige elektrische Energie aufzunehmen.

Für ein bestimmtes keramisches Material sind die pyroelektrische Ladungskonstante - die Änderung der Polarität bei einer gegebenen Temperaturänderung - und die pyroelektrische Feldstärkekonstante - die Änderung des elektrischen Feldes für eine gegebene Temperaturänderung - Anzeichen für die Anfälligkeit des Materials pyroelektrische Effekte. Ein konstantes Verhältnis von hoher piezoelektrischer Ladung: pyroelektrischer Ladung oder konstantem Verhältnis von piezoelektrischer Spannung: pyroelektrischer Feldstärke zeigt eine gute Beständigkeit gegen pyroelektrische Effekte an.

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