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Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

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COMPORTEMENT PIÉZO ÉLÉMENT



Influence de la fréquence d'entrée
Aux basses fréquences d'entrée, les relations entre une force appliquée à un élément céramique piézoélectrique et le champ électrique ou la charge produit par l'élément piézoélectrique sont les suivantes:



E = - (g33T)
Q = - (d33F)
où E: champ électrique
g33: constante de tension piézoélectrique
T: contrainte sur l'élément en céramique
Q: charge générée
d33: constante de charge piézoélectrique
F: force appliquée

Les relations entre une tension ou un champ électrique appliqué et l'augmentation ou la diminution correspondante de l'épaisseur, de la longueur ou de la largeur d'un élément céramique piézoélectrique sont les suivantes:
Δh = d33V
S = d33E
Δl / l = d31E
Δw / w = d31E
où l: longueur initiale de l'élément en céramique
w: largeur initiale de l'élément en céramique
Δh: changement de hauteur (épaisseur) de l'élément en céramique
Δl: changement de longueur d'élément en céramique
Δw: changement de largeur d'élément en céramique
d: constante de charge piézoélectrique
V: tension appliquée
S: contrainte (changement de hauteur / hauteur d'origine de l'élément)
E: champ électrique

Un élément en céramique piézoélectrique exposé à un champ électrique alternatif change de dimensions cycliquement, à la fréquence du champ. La fréquence à laquelle l'élément vibre le plus facilement en réponse à l'entrée électrique et convertit le plus efficacement l'énergie électrique absorbée en énergie mécanique - la fréquence de résonance - est déterminée par la composition du matériau céramique, par la forme et le volume de l'élément.

Lorsque la fréquence de cyclage augmente, les oscillations de l'élément se rapprochent d'abord d'une fréquence pour laquelle l'impédance est minimale (admittance maximale). Cette fréquence est aussi la fréquence de résonance. À mesure que la fréquence augmente davantage, l'impédance augmente jusqu'à un maximum (admittance minimale), qui correspond également à la fréquence d'anti-résonance. Ces fréquences sont déterminées par expérience - pour voir comment, reportez-vous à la section Détermination de la fréquence de résonance.

Les valeurs de fréquence d'impédance minimale et de fréquence d'impédance maximale peuvent être utilisées pour calculer le facteur de couplage électromécanique, k, indicateur de l'efficacité avec laquelle un matériau piézoélectrique convertit de l'énergie électrique en énergie mécanique ou de l'énergie mécanique en énergie électrique. k dépend du mode de vibration et de la forme de l'élément en céramique. Les pertes diélectriques et les pertes mécaniques affectent également l'efficacité de la conversion d'énergie. Les pertes diélectriques sont généralement plus importantes que les pertes mécaniques.

Stabilité - La plupart des propriétés d’un élément céramique piézoélectrique s’érodent progressivement, en relation logarithmique avec le temps après la polarisation. Les taux exacts de vieillissement dépendent de la composition de l'élément en céramique et du processus de fabrication utilisé pour le préparer. Une mauvaise manipulation de l'élément en dépassant ses limites électriques, mécaniques ou thermiques peut accélérer ce processus inhérent.

Limites électriques - L'exposition à un fort champ électrique, de polarité opposée à celle du champ polarisant, va dépolariser un matériau piézoélectrique. Le degré de dépolarisation dépend de la qualité du matériau, du temps d'exposition, de la température et d'autres facteurs, mais les champs de 200-500 V / mm ou plus ont généralement un effet dépolarisant important. Un courant alternatif aura un effet dépolarisant pendant chaque demi-cycle dans lequel la polarité est opposée à celle du champ polarisant.
Limites mécaniques Une contrainte mécanique suffisante pour perturber l'orientation des domaines dans un matériau piézoélectrique peut détruire l'alignement des dipôles. Tout comme la susceptibilité à la dépolarisation électrique, la capacité à résister aux contraintes mécaniques diffère selon les qualités et les marques de matériaux piézoélectriques.

Limites thermiques - Si un matériau céramique piézoélectrique est chauffé jusqu'à son point de Curie, les domaines seront désordonnés et le matériau sera dépolarisé. La température de fonctionnement supérieure recommandée pour une céramique est généralement à mi-chemin entre ° C et le point de Curie. Dans la plage de température de fonctionnement recommandée, les modifications de l'orientation des domaines associées à la température sont réversibles. D'autre part, ces changements peuvent créer des déplacements de charge et des champs électriques. De plus, les fluctuations soudaines de la température peuvent générer des tensions relativement élevées, capables de dépolariser l'élément en céramique. Un condensateur peut être intégré au système pour accepter l'énergie électrique superflue.

Pour un matériau céramique particulier, la constante de charge pyroélectrique - le changement de polarité pour un changement de température donné - et la constante d'intensité de champ pyroélectrique - la variation de champ électrique pour un changement de température donné - sont des indicateurs de la vulnérabilité du matériau à effets pyroélectriques. Une constante de charge piézoélectrique élevée: rapport constant de charge pyroélectrique ou constante de tension piézoélectrique: un rapport constant d'intensité de champ pyroélectrique indique une bonne résistance aux effets pyroélectriques.

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