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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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PIEZO ELEMENT BEHVIOROR



Influencia de la frecuencia de entrada
A bajas frecuencias de entrada, las relaciones entre una fuerza aplicada a un elemento cerámico piezoeléctrico y el campo eléctrico o la carga producida por el elemento piezoeléctrico son:



E = - (g33T)
Q = - (d33F)
donde E: campo eléctrico
g33: constante de voltaje piezoeléctrico
T: tensión sobre elemento cerámico.
Q: carga generada
d33: constante de carga piezoeléctrica
F: fuerza aplicada

Las relaciones entre un voltaje o un campo eléctrico aplicado y el correspondiente aumento o disminución en el grosor, la longitud o el ancho de un elemento cerámico piezoeléctrico son:
Δh = d33V
S = d33E
Δl / l = d31E
Δw / w = d31E
donde l: longitud inicial del elemento cerámico
w: ancho inicial del elemento cerámico
Δh: cambio en la altura (espesor) del elemento cerámico
Δl: cambio en la longitud del elemento cerámico
Δw: cambio en el ancho del elemento cerámico
d: constante de carga piezoeléctrica
V: voltaje aplicado
S: deformación (cambio en altura / altura original del elemento)
E: campo eléctrico

Un elemento cerámico piezoeléctrico expuesto a un campo eléctrico alterno cambia cíclicamente las dimensiones, a la frecuencia del campo. La frecuencia a la que el elemento vibra más fácilmente en respuesta a la entrada eléctrica, y la manera más eficiente de convertir la entrada de energía eléctrica en energía mecánica (la frecuencia de resonancia) está determinada por la composición del material cerámico y por la forma y el volumen de el elemento.

A medida que aumenta la frecuencia de los ciclos, las oscilaciones del elemento se aproximan primero a una frecuencia en la que la impedancia es mínima (admitancia máxima). Esta frecuencia también es la frecuencia de resonancia. A medida que aumenta la frecuencia, la impedancia aumenta hasta un máximo (admitancia mínima), que también es la frecuencia de antirresonancia. Estas frecuencias están determinadas por el experimento; para ver cómo, consulte Determinar la frecuencia de resonancia.

Los valores para la frecuencia de impedancia mínima y la frecuencia de impedancia máxima se pueden usar para calcular el factor de acoplamiento electromecánico, k, un indicador de la efectividad con la que un material piezoeléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica o la energía mecánica en energía eléctrica. k depende del modo de vibración y la forma del elemento cerámico. Las pérdidas dieléctricas y las pérdidas mecánicas también afectan la eficiencia de la conversión de energía. Las pérdidas dieléctricas suelen ser más significativas que las pérdidas mecánicas.

Estabilidad: la mayoría de las propiedades de un elemento cerámico piezoeléctrico se erosionan gradualmente, en una relación logarítmica con el tiempo después de la polarización. Las tasas exactas de envejecimiento dependen de la composición del elemento cerámico y del proceso de fabricación utilizado para su preparación. El mal manejo del elemento al exceder sus limitaciones eléctricas, mecánicas o térmicas puede acelerar este proceso inherente.

Limitaciones eléctricas: la exposición a un campo eléctrico fuerte, de polaridad opuesta a la del campo polarizador, despolarizará un material piezoeléctrico. El grado de despolarización depende del grado del material, el tiempo de exposición, la temperatura y otros factores, pero los campos de 200-500 V / mm o más suelen tener un efecto de despolarización significativo. Una corriente alterna tendrá un efecto de despolarización durante cada semiciclo en el que la polaridad es opuesta a la del campo de polarización.
Limitaciones mecánicas La tensión mecánica suficiente para perturbar la orientación de los dominios en un material piezoeléctrico puede destruir la alineación de los dipolos. Al igual que la susceptibilidad a la despolarización eléctrica, la capacidad para soportar el estrés mecánico difiere entre los diversos grados y marcas de materiales piezoeléctricos.

Limitaciones térmicas: si un material cerámico piezoeléctrico se calienta hasta su punto de Curie, los dominios se desordenarán y el material se despolarizará. La temperatura de funcionamiento superior recomendada para una cerámica generalmente es aproximadamente a mitad de camino entre ° C y el punto de Curie. Dentro del rango de temperatura de funcionamiento recomendado, los cambios asociados con la temperatura en la orientación de los dominios son reversibles. Por otro lado, estos cambios pueden crear desplazamientos de carga y campos eléctricos. Además, las fluctuaciones repentinas de la temperatura pueden generar voltajes relativamente altos, capaces de despolarizar el elemento cerámico. Se puede incorporar un condensador en el sistema para aceptar la energía eléctrica superflua.

Para un material cerámico particular, la constante de carga piroeléctrica (el cambio en la polaridad para un cambio de temperatura dado) y la constante de intensidad del campo piroeléctrico (el cambio en el campo eléctrico para un cambio de temperatura dado) son indicadores de la vulnerabilidad del material a Efectos piroeléctricos. Una constante de carga piezoeléctrica alta: relación de constante de carga piroeléctrica o constante de tensión piezoeléctrica: la relación de constante de intensidad de campo piroeléctrico indica una buena resistencia a los efectos piroeléctricos.

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