Коэффициент электромеханической связи				Диэлектрическая проницаемость	Диэлектрические потери	Пьезоэлектрическая постоянная				Коэффициент упругой податливости	Механическая добротность	Скорость звука (м/с)				Объемная плотность	Температура Кюри	Модуль Юнга	Коэффициент Пуассона
Kp	K31	K33	Kt	ε Tr3	Tg δ%	d31 (-10-12m/v)	d33(-10-12m/v)	g31(-10-3m/v)	g33(-10-3vm/n)	Se11(-10-12m2/n)	Qm	Vd	V1	V3	Vt	ρ(103kg/m3)	Tc(℃)	YE11﹤109N/m3	σ E

Пьезоэлектрическая терминология: ключевые параметры и определения

Что такое скорость старения C?

Скорость старения указывает на относительное изменение заданного свойства за единицу времени в течение интервалов, выраженных на основе десятичного показателя («десятилетия»).

Используются следующие переменные:

• cε: скорость старения емкости
• cf: скорость старения резонансной частоты
• ck: скорость старения коэффициента электромеханической связи

Таким образом, если скорость старения емкости керамики HE-SHUAI P4 указана как -4.5% за десятилетие, кривая старения выглядит, например, так:

• 1 день после поляризации: 100 нФ
• 10 дней после поляризации: 96.6 нФ (-3.4 %)
• 100 дней после поляризации: 93.3 нФ (-3.4 %)
• 1000 дней после поляризации: 90.1 нФ (-3.4 %)

Что такое емкость пьезокерамики C?

Емкость пьезоэлектрического преобразователя, измеренная на частоте, значительно ниже его минимальной резонансной частоты (обычно 1 кГц).

Используя относительную диэлектрическую проницаемость, этот параметр можно вычислить из технического описания для определенной геометрии компонента и материала с помощью следующей формулы:

C = ε_r^T ε_O · (A/d)

• A: площадь электрода
• d: расстояние между электродами

Что такое постоянная заряда, пьезоэлектрическая d?

Обозначает отношение между генерируемым зарядом и приложенной силой, указывается в Кулонах на Ньютон (прямой пьезоэффект), или отношение между возникающей деформацией и приложенным электрическим напряжением, указывается в метрах на вольт (обратный пьезоэффект).

Для короткозамкнутого пьезокерамического элемента (E = 0) применяется следующее уравнение: Q = d · F

• Q: заряд (сгенерированный)
• F: сила (приложенная)

Для условия механической холостой нагрузки (T=0) может быть выражено следующее уравнение: S = d · U

• S: деформация (сгенерированная)
• U: электрическое напряжение (приложенное)

Что такое податливость, упругая s?

Упругая податливость s отражает отношение между деформацией S и механическим напряжением T и равна величине, обратной модулю упругости (модулю Юнга).

Что такое коэффициент связи, электромеханический k?

Мера эффективности преобразования электрической энергии в механическую.

Для электрически «управляемых» компонентов применяется следующее уравнение:

k² = запасенная механическая энергия / общая запасенная энергия

В зависимости от граничных условий существует пять различных коэффициентов связи, отражающих форм-факторы и режим колебаний компонента. Когда граничные условия, такие как определенное соотношение диаметра/толщины, не обеспечены, обычно в качестве стандарта используется эффективный коэффициент связи.

Что такое температура Кюри, T_c?

Это температура, при которой диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрической керамики достигает своего максимума.

При этой температуре пьезокерамика теряет свое поляризованное состояние. По этой причине рабочие температуры обычно не должны превышать половину температуры Кюри.

Что такое относительная диэлектрическая проницаемость ε_r?

Обозначает отношение абсолютной диэлектрической постоянной к диэлектрической проницаемости вакуума (ε_O = 8.85 x 10^-12 Ф/м).

Что такое коэффициент диэлектрических потерь tan δ?

Обозначает отношение потерь мощности к реактивной мощности, когда компонент возбуждается синусоидальным сигналом на частоте, значительно ниже его самой низкой резонансной частоты (обычно измеряется на 1 кГц). Для применений преобразования мощности рекомендуется использовать пьезокерамику с suitably низким коэффициентом диэлектрических потерь.

Что такое частотная постоянная N?

Произведение механической резонансной частоты и размера, определяющего эту частоту. Индекс указывает форму колебаний.

• N_p: Частотная постоянная для планарных колебаний круглого диска
• N_t: Частотная постоянная для колебаний толщинной моды тонкой пластины
• N₁: Частотная постоянная для продольных или поперечных колебаний тонкой прямоугольной пластины
• N₃: Частотная постоянная для продольных колебаний slender стержня или цилиндра, поляризованного в этом направлении

Поскольку во всех вышеуказанных формах колебаний могут возникать геометрически индуцированные связанные моды колебаний, при использовании частотной постоянной для расчета резонансных частот необходимо учитывать геометрическую конфигурацию конкретного колеблющегося тела.

За исключением N_p, указанные частотные постоянные равны половине скорости распространения звука в пьезокерамическом материале.

Что такое индексы пьезокерамики?

В пьезоэлектрических материалах направление положительной поляризации обычно совпадает с z-осью прямоугольной системы кристаллографических осей. Эти координаты обычно обозначаются 1, 2, 3, причем направление 3 указывает направление поляризации.

Механические и электрические воздействия, действующие в любом из этих направлений, идентифицируются соответствующим индексом. Поскольку пьезоэлектрические компоненты уже поляризованы в заданном направлении (т.е. 3) и, следовательно, проявляют анизотропное поведение, коэффициенты, приведенные в таблицах свойств материалов, зависят от направления и часто включают два нижних индекса (плюс, иногда, один верхний индекс).

Верхний индекс указывает переменную, которая остается постоянной, в то время как два нижних индекса идентифицируют направление, в котором связаны различные переменные (электрическое поле, электрическое смещение, механическое напряжение и деформация).

Что такое верхний индекс в пьезокерамике?

• T: при постоянном механическом напряжении
• S: при постоянной деформации
• E: при постоянной напряженности электрического поля
• D: при постоянном электрическом смещении

Что такое нижние индексы в PZT керамике?

• 1, 2: перпендикулярно направлению поляризации – направления 1 и 2 ортогональны друг другу и эквивалентны (изотропное поведение керамики)
• 3: в направлении поляризации

Пример: Пьезоэлектрическая постоянная заряда d₃₃ указывает, что механическое напряжение, приложенное во время измерения, действует в направлении 3 (направление поляризации), тогда как возникающее электрическое смещение также будет происходить в направлении 3.

Что такое добротность пьезокерамики, механическая Q_m?

Увеличение амплитуды колеблющегося пьезоэлектрического компонента на резонансе. Определяется как отношение энергии, подаваемой за цикл колебаний, к количеству энергии, потребляемой (т.е. рассеиваемой) за цикл колебаний.

Механическая добротность является безразмерной мерой механических потерь компонента в динамическом режиме работы.

Что такое температурный коэффициент α_k PZT керамики?

Указывает на относительное изменение коэффициента электромеханической связи на Кельвин изменения температуры.

Что такое постоянная напряжения пьезокерамики, пьезоэлектрическая g?

Обозначает отношение между создаваемой напряженностью электрического поля и приложенным механическим напряжением, указывается в вольт-метрах на Ньютон (прямой пьезоэффект), или отношение между возникающей деформацией и приложенной плотностью заряда, указывается в квадратных метрах на Кулон (обратный пьезоэффект).

Постоянная напряжения и постоянная заряда взаимосвязаны через емкость компонента. Эта связь выражается следующей формулой:

d = ε_r · ε_o · g

• ε_r: относительная диэлектрическая проницаемость
• ε_o: диэлектрическая проницаемость вакуума