Свойства пьезо-элементов.

Где E – электрическое поле, g₃₃ – электрические коэффициенты по напряжению пьезокерамики, T: – нагрузка на керамический элемент, Q: – генерируемый заряд, d₃₃: – пьезомодуль пьезокерамики, F: – приложенная сила

Связь между приложенным напряжением или электрическим полем и соответствующим увеличением или уменьшением толщины пьезокерамических элемента, длины или ширины, определяется следующими выражениями:

Где l: начальная длина керамического элемента w: начальная ширина керамического элемента Δh: изменение высоты пьезокерамического элемента Δl: изменение длины керамического элемента Δw – изменение высоты пьезокерамического элемента d – пьезомодуль пьезокерамики V – приложенное напряжение S: деформация (изменение высоты / первоначальная высота элемента) E – электрическое поле.

Пьезоэлектрический керамический элемент под воздействием переменного электрического поля изменяет размеры циклически, на частоту поля. Частота, при которой элемент колеблется легче всего в ответ на электрическою энергию, и наиболее эффективно преобразует электрическую энергию в механическую - резонансная частота - определяется составом керамики и по форме и объему элемента.

Поскольку частота циклов увеличивается, колебания элемента вначале приближаются к частоте, на которой импеданс минимальный (максимальная проводимость). Эта частота и является резонансной частотой. Поскольку частота еще больше возрастает, сопротивление возрастает до максимума (минимальная проводимость), эта частота называется анти-резонансной частотой . Эти частоты определяются экспериментально.

Значения минимальной частоты сопротивления и максимальной частоты сопротивления может быть использовано для расчета коэффициента электромеханической связи k, показателя эффективности, с которой пьезоэлектрический материал преобразует электрическую энергию в механическую или механическую энергию в электрическую. К зависит от режима колебаний и формы керамических элементов. Диэлектрических и механических потери также влияют на эффективность преобразования энергии. Диэлектрические потери как правило, более значительны, чем механические потери.

Стабильность – большинство свойств пьезокерамических элементов уменьшаются постепенно, по логарифму, со времени после поляризации. Точная скорость старения зависят от состава керамических элементов и параметров технологического процесса, по которому оно создано. Неправильное обращение с элементом, превышение его электрических, механических, тепловых ограничений могут ускорить этот процесс.

Электрические ограничения - воздействие сильного электрического поля противоположной полярности будет деполяризовать пьезоэлектрический материал. Степень деполяризации зависит от марки материала, время использования, температуры и других факторов, но поля 200-500 В / мм или больше, имеют сильный деполяризационный эффект. Переменный ток будет иметь деполяризационное воздействие каждую половину цикла, в котором полярность тока противоположна полярности поляризующего поля.

Механические ограничения. Механических напряжения достаточно, чтобы нарушить ориентацию доменов в пьезоэлектрических материалов и могут разрушить выравнивание диполей. Как и устойчивость к электрической деполяризации, способность противостоять механическим нагрузкам отличается среди различных сортов и марок высококачественных пьезоэлектрических материалов.

Тепловые ограничения – если пьезоэлектрический керамический материал нагревают до точки Кюри, домены станут неупорядоченных и материал становится деполяризованным. Рекомендуемый верхний рабочая температура для керамики обычно расположена на полпути между °C и точки Кюри. В рамках рекомендуемого диапазона рабочих температур, температура соответствующие изменения в ориентации доменов являются обратимыми. С другой стороны, эти изменения могут создать заряд смещения и электрического полей. Кроме того, резкие колебания температуры могут генерировать относительно высокие напряжения, способные деполяризовать керамический элемент. Конденсатор может быть включен в систему, чтобы принять лишнюю электрическую энергию.

Для специфических керамических материалов пироэлектрический заряд является постоянным – изменение полярности при определенном изменении температуры и пироэлектрической постоянной поля - изменение электрического поля при заданном изменении температуры – это показатели уязвимости материалов к пироэлектрическому эффекту. Высокая устойчивость пьезоэлектрического заряда, Пьезоэлектрический заряд является постоянным: пьезоэлектрическое напряжение устойчиво: и неизменность значения пироэлектрического поля указывают на хорошую устойчивость к пироэлектрическому эффекту.