片式压电陶瓷谐振器的研制
收稿日期:2006206206 作者简介:范坤泰(19352),男,山东省阳谷县人,教授,主要从事半导体器件、敏感元件及压电陶瓷材料的研究。
文章编号:100422474(2006)0420423203
片式压电陶瓷谐振器的研制
范坤泰1,朱传琴2,张录周3,杨志坚1,孙兆海4
(1.山东大学信息科学与工程学院,山东济南250061;2.山东电力高等专科学校,山东济南250002;
3.山东沂光电子公司,山东临沂276003;
4.淄博宇海电子陶瓷有限公司,山东淄博255202)
摘 要:世界组装技术的新发展,要求元器件片式化,本课题就是研制片式压电陶瓷谐振器。是在插脚式配方
的基础上,用Mg 、Ca 等离子取代Pb ,并掺入Ce 、Mn 等杂质,以提高居里温度。采用气流粉碎法、热压烧结、厚度切变模及叠层封装结构,以利于稳定性和片式化。最终研制出频率精度高、温度特性好的片式压电陶瓷谐振器。
关键词:片式压电陶瓷谐振器;锆钛比(Zr/Ti );复合掺杂;热压成形中图分类号:TN282 文献标识码:A
The Manufacture of Chip ’s Piezoelectricity Ceramic R esonator
FAN K un 2tai 1,ZHU Chu an 2qin 2,ZhANG Lu 2zhou 3,YANG Zhi 2jian 1,SUN Zhao 2hai 4
(https://www.wendangku.net/doc/5b2980440.html,rmation Science and Engineering of Shandong Uniersity ,Jinan 250061China ;2.Power Higher College of Shandong ,
Jinan 250003,China ;3.Y i Light Electricity Limfted 2Liability Compay.Linyi 276003,China ;
4.Zibo Yuhai Electronic Ceramics CO.,L TD.,Zibo 255202,China )
Abstract :In the world ,the tendency of assembling technology today is to make devices chipped ,the paper is a 2bout the development of chip ’s piezoelectricity ceramic resonators.Basing on the formula of leg ’s piezoelectricity ce 2ramic resonators ,we add impurities of Ce 、Mn and etc.and substitute Mg 2+、Ca 2+for Pb 2+.In order to raise the devices ’curie temperatures ,moreover ,we also use airflow smashing method ,sintering under pressure ,thickness cut changed vibration mode and encapsulation of laminated construction ,which is beneficial to increase the stability and to make the devices chipped.The testing results indicate that these chipped devices have high f requency preci 2sion and good temperature property.
K ey w ords :chip ’s piezoelectricity ceramic resonator ;zirconium titanium proportion (Zr/Ti );compound doping ;take shape by heating under pressurize
20世纪80年代以来,由于电子设备向轻、薄、短、小方向发展,有力地推动了电子元器件向小型化、复合化、轻量化、多功能、高可靠、长寿命的方向变革,从而相继出现了各类型的片式电子元器件。第四代组装技术,即表面贴装技术(SM T )的出现在世界上引发了一次电子组装技术的革命。日本村田制作所在片式压电陶瓷元器件的研发方面处于领先地位,其产品体积小,稳定性好,主要性能与对应型号插脚式器件相同,且经受住了再流焊技术的高温考验。目前国内生产使用的压电陶瓷元器件主要是插脚式产品。随着电子元器件组装技术的高速发展,对片式元器件的需求日益增大,加上电子产品更新换代的周期越来越短,当前开发片式压电陶瓷元器件显得十分必要。
1 片式压电陶瓷谐振器的原理及特点
压电陶瓷是指具有压电效应的陶瓷多晶体,利用它可以实现电能与机械能的相互耦合转换,而压电陶瓷谐振器是具有一对电极的二端压电振子,在
其固有频率附近产生振荡的元件。
片式元器件体积小,质量轻,信号处理速度快,可靠性高,能承受再流焊技术的高温考验。本项目研究的片式压电陶瓷谐振器是在上述插脚式压电陶瓷谐振器的基础上,通过对材料配方和制作工艺的改进,制作出符合片式元器件特点要求的压电陶瓷谐振器。
2 片式压电陶瓷谐振器材料配方和工艺流程
2.1 配方组分
在已有接插式压电陶瓷谐振器材料配方的基础上进行调整,用镁(Mg )、钙(Ca )等等价离子取代铅(Pb ),并掺入铈(Ce )、锰(Mn )等杂质,经反复对比实验,得到适合制作片式压电陶瓷谐振器的配方组成为Pb (Zr x Ti 1-x )O 3+La 2O 3+MgO +CaO +MnO 2+CeO 2。
通过调节锆钛比(Zr/Ti )可改善居里温度(T C )[1],图1为T C 随Zr/Ti 的变化曲线,图中P C 为立方晶相,F T 为四方晶相,F R 为菱方晶相,A O 为正交晶相。表1为不同Zr/Ti 的T C 的实验数据。
第28卷第4期
压 电 与 声 光
Vol.28No.42006年8月
PIEZO EL ECTECTRICS &ACOUSTOOPTICS
Aug.2006
图1 PbZrO32Pb TiO3固溶体相图
表1 不同Zr/Ti的居里温度
Zr/Ti60/4053/4745/5540/6010/90
T C/℃350360*********
配方中的La是“软性”添加物,每两个La3+进入A位后,会产生一个铅空位(V Pb)[2]。如
0.01La2O3+Pb(Ti/Zr)O3→
(Pb0.97La0.02V Pb0.01)(Zr Ti)O3+0.03PbO↑
由于软性材料中,电畴作90°反转较易,所以软性材料极化后,经较短时间其内应力能全部被释放,因此软性材料的时间稳定性好。
常用的取代元素,是碱土金属元素,添加的Mg、Ca就是取代元素,Mg2+、Ca2+取代Pb2+。当部分Pb2+被取代后,仍保持钙钛矿结构,使材料的一系列物理性能得到改善。为得到性能优越的材料,生产上常采取复合取代,即同时加入两种或两种以上的取代元素,复合取代兼有两种取代元素的优点,并克服了单种取代元素的部分缺点。但是,一般取代Pb2+的数量不能超过铅的20%,通常以取代5%～10%的Pb2+较适宜。
Mn是硬性添加物,是指进入B位的金属离子,其作用是使介质损耗降低,矫顽场增大,机械品质因数(
Q m)提高,体电阻率ρV变小等。
Ce是稀土元素,添加Ce的锆钛酸铅陶瓷能使Q m值和矫顽场增大,介质耗损降低,使材料的时间和温度稳定性变好。Ce的添加量以0.2%～0.5%(质量比)为宜。
2.2 片式压电陶瓷谐振器的工艺流程[3]
片式压电陶瓷谐振器的工艺流程:配料→混料→预烧→磨细→造粒→成形→烧结→研磨→涂银合金→烧电极→极化老化→瓷块分选端磨→切块→
研
磨→清洗→镀膜→切振子→调频→粘接、固化→测试。其中关键技术是瓷料的处理、烧结的改进、振子结构的定型以及粘接封装和制作良好的电极。
3 片式压电陶瓷谐振器的工艺要点
3.1 瓷料处理
采用先进的气流粉碎法,此法不但提高了效率,且混和均匀,又保证了瓷料的粒度在1μm以下
。图2、3为工艺改进前后料粒的显微照片。
图2 原工艺料粒显微照片(×300)
图3 工艺改进后料粒显微照片(×300)
3.2 采用热压烧结
热压烧结法是在外加压力下烧结,即先在常温下将预烧过的粉料干压成形,再装入热压模具中,选择热压条件进行烧成。热压技术[4]能提高致密度、均匀性,控制晶粒生长,降低烧结温度,对以铅为主的压电陶瓷可减少氧化铅(PbO)的挥发,有效地提高元件的整体性能。图4为材料的机电耦合系数(k p)和相对介电常数(ε)。由图可看出,热压烧结对k p和ε值的改善。
图4 热压烧结对k p和ε的改善
3.3 选用厚度切变振动模式
厚度切变振动模式的电极面与极化方向平行,在交变电压作用下,瓷片产生如图5所示的切变振动[5]。由图可知,极化方向为方向3,厚度方向为方向1,A2面产生切变(A2面垂直于方向2)
图5 厚度切变振动模式示意图
因为厚度伸缩振动模式的频率常数(N t)等于两倍的厚度切变振动模式的频率常数(N15),所以在相同频率下,切变模比伸缩模的振子缩小一半,这
424压 电 与 声 光2006年
一点对制作小型化片式化谐振器非常有利。
为了消除泛音干扰,采用了“能阱”型振子结构,如图6所示。振子的电极面积比瓷片的面积小,振子能量被限制在电极形成的“能阱”中,基片产生的多次泛音干扰也就随之消失
。
图6 振子结构图
3.4 片式谐振器的选型,封装和粘接
借鉴国际先进技术,选定氧化铝外壳,陶瓷基板
叠层封装。因为氧化铝陶瓷绝缘性好,易金属化,耐高温,膨胀系数与压电陶瓷相近,所以用它作叠层封装材料。叠层结构可减少器件的体积。这样的夹持封装形式简单可靠,易于小型化、片式化。叠层封装的片式器件外形如图7、8所示
。
图7
二端片式谐振器
图8 三端内置电容片式谐振器
粘接材料对器件的性能影响较大,经优选实验,
选定一种环氧树脂作粘接材料。它密封性能好,耐高温,与压电陶瓷的膨胀系数相近,且粘接强度高,性能稳定,适合片式器件的半自动化生产要求。3.5 片式压电陶瓷谐振器引出电极的制作
一个完善的欧姆接触电极,其接触必须是纯电阻性的,接触电阻非常小[6]。片式器件还要求耐高温,附着牢固,可焊性好,抗氧化强。常用的烧渗银电极易氧化,银层附着力随工艺波动大,银浆中的玻璃介质使方阻增大。经对比实验,选用了烧渗银和稀土元素的合金电极,其抗氧化性、抗拉力、方阻、光亮度等均比烧渗银电极优越。表2为烧渗银电极和烧渗银合金电极在相同烧渗条件下,抗拉力的比较。
表3为烧渗银电极与烧渗银合金电极测试方阻对比数据。由表2、3可看出,烧渗银合金电极的拉力比烧渗银电极的拉力强,方阻减小,优越性明显。
表2 抗拉力的比较
拉力/kg ?cm -2
T /℃740780820860880900920烧渗银电极171830424031
—烧渗银合金电极
28
72
96
81
50
—
—
表3 烧渗银电极与烧渗银合金电极测试
方阻对比数据
方阻/Ω?□-1片 序123456烧渗银0.380.510.460.490.400.53烧渗银合金0.200.180.170.210.210.22
方阻/Ω?□-1
片 序78910平均烧渗银0.470.480.390.520.46烧渗银合金0.150.230.210.190.19
4 测试结果与结论
针对片式压电陶瓷谐振器的特殊要求,通过对材料配方及工艺过程的优选实验,研制出了频率精
度高,温度特性好的2.0～8.0M Hz 压电陶瓷谐振器,主要电参数的测试结果如表4所示。
表4 主要参数测试结果
主要电参数
频率精度谐振电阻/Ω温度特性
设计值
≤0.5%≤30≤0.3%实测值
0.3%(max )
16.6(max )0.25%(max )
a.片式压电陶瓷谐振器的材料配方是在普通接插式谐振器的配方基础上进行复合取代,提高居里
温度,使其可承受再流焊技术的高温冲击。
b.采用厚度切变振动模式,在相同频率条件下,切变模振子厚度比伸缩模振子厚度小,此模式有
利于实现器件的小型化及片式化。
c.烧渗银和稀土元素的合金电极比烧渗银电极优越,它抗氧化性强,重复性好,抗拉力强,方块电阻小,有利于提高片式压电陶瓷谐振器的质量。参考文献:
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第4期范坤泰等:片式压电陶瓷谐振器的研制425
压电陶瓷变压器基本工作原理及特点.
独石（多层）压电陶瓷变压器基本工作原理及特点 在现代，压电陶瓷 制品对我们并不陌 生。 正压电效应的应用主要用于燃气点火器，如燃气灶．燃气打火机等的点火系统。基本工作原理为：由外力压缩一个弹簧，压到顶点后释放，弹簧力推动一个重锤打击压电陶瓷柱产生一数千伏的高压火花，点燃可燃气体。 逆压电效应的应用主要用于压电蜂鸣器，例如音乐贺卡、门铃．寻呼机．移动电话机振铃等。基本工作原理为：当在压电陶瓷片上施加一交变电场时，压电陶瓷片产生一相对应的形变即振动，当振动频率在音频波段内时就会发出对应的音响。 应用此特性配合机械谐振原理还大量用于制造谐振器、选频器、延迟线、滤波器等电子组件。 压电陶瓷变压器的基本构成则是将一压电蜂鸣器的应用与一压电点火器的应用组合起来，组成压电谐振子。在蜂鸣器的一端（称为驱动端）输入一个与压电变压器谐振频率一致的正弦交变电压，压电谐
振子产生振动，传导至点火器的一端（称为发电端），产生连续的正弦波电压，视乎于压电变压器的结构特征，可以是输入低电压、输出高电压（升压型），也可以是输入高电压、输出低电压（降压型）。若在高频驱动电压上通过调制解调器加入低频调制，则可实现信号传输。 压电陶瓷变压器的基本结构形式如图（一）所示 压电陶瓷是一种脆性材料，为保障其机械强度，压电变压器必须有一定的厚度，上述变压器的驱动电压就受到了相当的限制。为此独石（多层）压电陶瓷变压器项目应运而生。独石（多层）压电陶瓷变压器的基本结构形式如图（二）所示。
采用了独石（多层）结构后每一单层厚度和层数均可调，驱动电压不再受到限制，因而可以使压电变压器无论处在何种驱动电压下都能工作在最佳状态。 此项目的核心技术为亚微米低温烧结压电陶瓷材料、内电极共烧技术，极化处理技术及结构设计。 独石（多层）压电陶瓷变压器制备的工艺流程为
国内外变压器的现状及发展
国内外变压器的现状及发展 沈阳变压器研究所贺以燕 从1885年匈牙利三位工程师发明了变压器以来，一个多世纪里，变压器有了长足的发展，电压已达到百万伏级，使输电距离超过1000km。 变压器的发展现状 1. 电力变压器一个世纪以来，电力变压器原理未曾改变，随着年代的推进，先进生产设备日臻完善，因而各项技术参数愈来愈先进。 （1）国外在世界范围内形成了几大集团：乌克兰扎布洛斯变压器厂，年生产能力100GV A；俄罗斯陶里亚第变压器厂，年生产能力40GV A，ABB公司29个电力变压器厂年生产能力80～100GV A，英法GEC-Alshtom年生产能力40GV A，日本各厂总和（三菱、东芝、日立、富士）年生产能力65GV A，德国TU集团年生产能力40GV A。全世界1986年共生产522GV A（缺南美与非洲）。 这些公司生产的已在系统运行的代表性产品：1150kV、1200MV A，735～765kV、800MV A，400～500kV、3φ750MV A或1φ550MV A，220kV、3φ1300MV A电力变压器；直流输电±500kV、400MV A换流变压器。 电力变压器主要为油浸式，产品结构有两类：心式和壳式。心式生产量占95%，壳式只占5%。 心式与壳式互无压倒性的优点，只是心式工艺简单一些，因而为大多数厂家采用，而壳式结构与工艺都要复杂一些，只有传统性工厂采用，而壳式结构与工艺都要复杂一些，只有传统性工厂采用。壳式特别适用于高电压、大容量，其绝缘、机械及散热都有优点且适宜于山区水电站的运输，因而仍有其生命力。 （2）国内解放前我国只能生产配电变压器，最高电压、最大容量为33kV、2000kV A。随着国家几个五年计划，建设了沈阳变压器厂为主的专业生产厂，到“八五”末，建立了一批大中小型骨干工厂，形成了我国自己的变压器行业。我国沈阳变压器厂、西安变压器厂、保定变压器厂均已成批生产500kV级电力变压器，在500kV系统内运行，最长的已超过17年，经过十几年的不断改进，其运行指标与进口变压器完全相当，总产量达150GVA。 （3）组件 ①套管。国外原全苏电瓷厂（现在乌克兰境内）已生产供应1150kV电容式套管，日本NGK已生产供应1100kV电容式套管。 我国南京电瓷厂、西安电瓷厂可成批量供应500kV电容式套管，南京电瓷厂20世纪70年代（以下年代均指20世纪）末已试制成功750kV套管。
传感器课程设计压电陶瓷
东北石油大学 课程设计 2015年7 月8日
任务书 课程传感器课程设计 题目压电陶瓷传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器姓名王辰学号120601240217 主要内容： 本课题针对生活安全性能要求日益提高以及新型材料的日益发展设计应用压电陶瓷传感器的原理制成的声传感器，并以此为基础组合成声控报警器件，分析传感器原理及相应辅助电路原理，计算有关参数，并加以总结。设计内容包括压电陶瓷的原理，压电陶瓷制成声传感器的方式以及进一步对声控报警器的组合。通过声控报警器可以使个人防盗不仅局限于楼道车库等场所，更趋向于精密化来减小体积使其适用于更有针对性的地方。 基本要求： 1．掌握传感器的工作原理及相应辅助电路的设计方法； 2．独立设计原理图及相应硬件电路； 3．设计格式规范、层次合理、重点突出、并有详细的原理图。 主要参考资料： [1] 谢嘉奎，电子线路[M].北京：高等教育出版社，199 7.10 [2]刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:石油大学出版社，2003.6 [3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1999.7 [4] 方大千.实用电子制作精选[M].科学技术文献出版社，2003.1 完成期限2015.7.4—2015.7.8 指导教师 专业负责人 2015年7 月1 日
摘要 压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似因而得名。压电陶瓷传感器是以压电陶瓷的压电效应为基础，在外力作用下，在其表面上产生电荷，从而实现非电量测量。 压电陶瓷传感器的特点是具有：转换性能、机械性能、电性能、环境适应性和时间稳定性，由于它的压电性以及由此引起的机电性能的多样性获得了广泛应用。一般可将这些应用分成两大类，即作为压电振子使用和作为换能器使用。作为压电振子使用时要求压电陶瓷材料有好的频率温度稳定性及较高的机械品质因数（表示振动转换时材料内部能量消耗的程度）；作为换能器使用时要求有较高的机械藕合系数等于机械转变为电能/输入机械能，或电能转变为机械能/输入电能)和较大的相对介电常数，本文将介绍几种压电陶瓷传感器的应用。 关键词：压电陶瓷传感器；声控报警；电子打火；压电变压器
压电陶瓷变压器及其应用
压电陶瓷变压器及其应用 压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结和高压极化等工艺制成的一种新型电子变压器，其结构和工作原理与电磁绕线式等传统变压器是截然不同的。 人们对压电陶瓷变压器的研究始于20世纪50年代中后期。美国的Rosen于1956年阐述了压电陶瓷变压器的基本原理，并制备出长条形单片压电陶瓷变压器。由于当时的这种变压器采用的是压电性能差和居里温度低的钛酸钡（BaTiO3）材料，功率太小，成本也太高，并且工艺不成熟，因而未能引起人们的重视。在20世纪60年代到70年代初，关于压电陶瓷材料的研究取得了一些进展，在70年代压电陶瓷变压器发展成为一种新型的电子陶瓷变压器，并在80年代被推广应用到电视机、雷达终端显示器等的高压电源领域。这一时期，人们对与压电陶瓷变压器相关的最熟悉的产品就是压电陶瓷蜂鸣器和点火棒。进入90年代中期后，随着信息产业的迅猛发展及电子产品朝轻、薄、短、小方向发展的趋势，使得压电陶瓷变压器技术与产业得到长足进步和发展。 1、压电陶瓷变压器的结构与工作原理 压电变压器的工作原理基于压电材料的压电效应。压电效应是法国的P?Curie和J?Curie兄弟在1880年研究铁电性和晶体对称性的关系时发现的一种物理现象。除了单晶体外，压电陶瓷多晶体和某些非晶固体等也具有压电效应。 压电效应分正和逆两种类型。 正压电效应是指在压电体上加一个机械应力时，会使压电体极化并在一定的表面形成电荷的效应。压电陶瓷棒就是利用正压电效应工作的，给压电棒加上机械压力，在点火棒两端即有高压产生。 逆压电效应是指在压电体上有一个外加电场时，晶体会发生形变和振动，这一现象就是逆压电效应。压电陶瓷蜂鸣器就是利用逆压电效应工作的，给压电陶瓷片加上电压信号，将会使陶瓷片振动并发出声音。 压电陶瓷变压器是利用同一压电陶瓷并同时利用正压电效应和逆压电效应来工作的，即完成电能——机械能和机械能——电能的两次能量转换。 压电陶瓷变压器所使用的压电陶瓷材料除了BaTiO3外，还有PZT系压电陶瓷、三元系压电陶瓷（如铌镁钴钛酸铅系、铌锌锆钛酸铅系、碲锰锆钛酸铅系、锑锰锆钛铅酸系等）及四元系压电陶瓷[如Pb(Sn1/3 Nb2/3)A (Zn1/3 Nb2/3)B TiCZrdO3）等]。 最简单同时也是最为常用的压电陶瓷变压器是长条形单片压电陶瓷变压器（即Rosen型压电变压器），其结构如图1所示。
压电陶瓷测量原理..
压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，C I 为同相分量，R I 为异相分量，C I 与总电流 I 的夹角为δ，其正切值为 CR I I C R ωδ1 tan == 其中ω 为交变电场的角频率，R 为损耗电阻，C 为介质电容。
图 1 交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时） 2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时，材料内部能量消耗程度的一个参数，它也是衡量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。机械品质因数越大，能量的损耗越小。产生能量损耗的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数m Q 的定义为： π2 的机械能 谐振时振子每周所损失能谐振时振子储存的机械?=m Q 机械品质因数可根据等效电路计算而得 11 1 11 R L C R Q s s m ωω= = 式中1R 为等效电阻（Ω），s ω 为串联谐振角频率（Hz ），1C 为振子谐振时的等效电容（F ），1L 为振子谐振时的等效电感。m Q 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的m Q 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的m Q 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性，即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。其产生的电荷与施加的应力成比例，对于压力和张力来说，其符号是相反的，电位移 D （单位面积的电荷）和应力σ 的关系表达式为：dr A Q D == 式中 Q 为产生的电荷（C ），A 为电极的面积（m 2），d 为压电应变常数（C/N ）。 在逆压电效应中，施加电场 E 时将成比例地产生应变 S ，所产生的应变 S 是膨胀还是收缩，取决于样品的极化方向。
压电陶瓷性能参数解析
压电陶瓷性能参数解析 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
在机械自由条件下，测得的介电常数称为自由介电常数，在εT表示，上角标T表示机械自由条件。在机械夹持条件下，测得的介电常数称为夹持介电常数，以εS表示，上角标S表示机械夹持条件。由于在机械自由条件下存在由形变而产生的附加电场，而在机械受夹条件下则没有这种效应，因而在两种条件下测得的介电常数数值是不同的。 根据上面所述，沿3方向极化的压电陶瓷具有四个介电常数，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。 （2）介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何介质材料所 具有的重要品质指标之一。在交变电场下，介质 所积蓄的电荷有两部分：一种为有功部分（同 相），由电导过程所引起的；一种为无功部分 （异相），是由介质弛豫过程所引起的。介质损 耗的异相分量与同相分量的比值如图1-1所示， Ic为同相分量，IR为异相分量，Ic与总电流I 的夹角为δ，其正切值为 (1-4) 式中，ω为交变电场的角频率，R为损耗电阻，C为介质电容。由式（1-4）可以看出，I R大时，tanδ也大；I R小时tanδ也小。通常用 tanδ来表示的介质损耗，称为介质损耗正切值或损耗因子，或者就叫做介质损耗。 处于静电场中的介质损耗来源于介质中的电导过程。处于交变电场中的介质损耗，来源于电导过程和极化驰豫所引起的介质损耗。此外，具有铁电性的压电陶瓷的介质损耗，还与畴壁的运动过程有关，但情况比较复杂，因此，在此不予详述。 （3）弹性常数 压电陶瓷是一种弹性体，它服从胡克定律：“在弹性限度范围内，应力与应变成正比”。设应力为T，加于截面积A的压电陶瓷片上，其所产生的
压电陶瓷变压器的工作模式和结构研究进展
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5b2980440.html, 压电陶瓷变压器的工作模式和结构研究进展作者：吴静 来源：《教育教学论坛》2017年第48期 摘要：本文概述了压电陶瓷变压器的各种振动模式。着重介绍了每种振动模式压电变压器的基本结构和新结构的研究进展，并对压电陶瓷变压器未来的发展方向作了展望。 关键词：压电陶瓷变压器；振动模式；结构；研究进展 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）48-0060-04 压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷材料的压电效应来实现机电能量转换的第三代固体电子变压器。结构上基本是由相互耦合的两个机械部分以及相互绝缘的输入和输出电路部分的两个压电陶瓷换能器组成。传统的铁芯线绕式电磁变压器是通过电磁效应实现初级与次级之间的耦合，所以相比传统的电磁变压器，压电陶瓷变压器具有体积小、重量轻、使用时不怕击穿、变压器本身不怕燃烧、耐高温，转换效率高、抗电磁干扰等优点，而且结构简单，能批量生产，可以与其他器件集成实现设备的小型化。已被应用在警用电击器高压电源、液晶显示背景光源、静电复印机高压电源、负离子发生器、小功率激光管电源等场合以及AC-DC转换器、DC-DC转换器等领域。 按照不同的特征可以对压电陶瓷变压器进行分类，一般根据压电陶瓷变压器工作时的机械振动模式分为长度伸缩振动型压电陶瓷变压器、厚度伸缩振动型压电陶瓷变压器、径向振动型压电陶瓷变压器、剪切振动型压电陶瓷变压器、弯曲振动型压电陶瓷变压器以及上述几种振动模式组合而成的复合振动模式压电陶瓷变压器[1]。多年来，研究工作者基于这些工作模式设 计研发出多种结构。本文综述了这几种振动模式压电变压器的基本结构及其新结构的研究进展。 一、长度伸缩振动型压电陶瓷变压器 长度伸缩振动型压电陶瓷变压器（又称为Rosen型压电陶瓷变压器）的典型结构几何示意图如图1所示。整个陶瓷片分成输入和输出部分，输入部分上下面被覆金属电极，按照厚度方向极化；输出部分端面被覆金属电极，按照长度方向极化。 Rosen型压电陶瓷变压器的输入端是驱动部分，输出端是发电部分。当输入端加上交变电压时，驱动部分的压电陶瓷片由于逆压电效应而产生沿长度方向伸缩振动，将输入的电能转化成机械能；当激励电压的频率接近振子共振频率时，位移振幅最大，驱动部分的振动将传输到发电部分，在发电部分由于正压电效应把机械能转化成电能而输出电压。因为发电部分陶瓷片长度远远大于驱动部分陶瓷片的厚度，根据阻抗和尺寸的关系可以得到输出阻抗远远大于输入阻抗，所以输出电压远远大于输入电压。输出交变电压的大小取决于压电变压器各部分的几何
基于压电变压器的高压发生器的研究
收稿日期：２０１１－０５－ ３０ 作者简介：龚旭（１９８６－），男，四川成都人，硕士生，主要从事电磁伺服驱动及控制技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｚｙｌｏｌｉｌｙ ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 文章编号：１００４－２４７４（２０１２）０３－０４１１－ ０３基于压电变压器的高压发生器的研究 龚 旭，王丛岭，常 波 （电子科技大学电力电子系，四川成都６１１１７３１ ） 摘 要： 该文提出了一种用于离子风枪的基于压电变压器实现高压发生器的设计方法，此法有利于高压发生器的小型化。描述了压电变压器相关特性，并给出了压电变压器外围电路（输入驱动电路、输出倍压电路、反馈电路）相关设计的理论基础和设计方法。利用软件仿真验证此法的可行性。 关键词：高压发生器；压电变压器；驱动电路；反馈控制电路；脉宽调制和锁相环控制联合控制中图分类号：ＴＭ５１ 文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＨＶ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＧＯＮＧ Ｘｕ，ＷＡＮＧ Ｃｏｎｇｌｉｎｇ ，ＣＨＡＮＧ Ｂｏ（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｄｕ ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｏｎｉｚｅｒ ｇｕｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｏｕｔｐｕｔ ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＶ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｏｍｂｉｎ ＰＷＭ ａｎｄ ＰＬＬｃｏｎｔｒｏｌ ０ 引言 一直以来，人们在各种高压发生器中大量采用传统的电磁变压器。随着电子系统的小型化和集成化发展，高压发生器也面临着小型化的要求，而传统变压器的体积大，笨重，易受干扰等缺点开始限制其在此领域的发展。压电变压器的出现为高压发生器的小型化提供了条件。 压电变压器是一种利用压电材料的正逆压电效应实现电能到机械能再到电能的转换的固体电子器件。现传统的铁芯线绕电磁变压器相比，压电变压器具有体积小，质量轻，使用时不击穿，变压器本身耐高温，不怕燃烧，无电磁干扰且结构简单，制作工 艺简便，易批量生产等优点［１－ ２］。目前，压电变压器 已在冷阴极萤光灯管（ＣＣＦＬ）、负离子发生器、小功率激光管电源等领域得到应用。本文将提供一种在离子风枪中利用压电变压器实现高压发生器的方法。 １ 压电变压器特性［３ ］ 压电变压器与传统变压器不同，它一般工作频 率范围在１０４～１ ０７ Ｈｚ。其等效电路图如图１（ａ）所示。图中，Ｃ０和Ｃｉｎ为等效输入输出电容，Ｌｒ和Ｃｒ为等效串联电感和电容，Ｒｍ为机械等效电阻，Ｒ０为负载电阻，ｎ为变比，Ｔ为等效输出变压器。若将二次侧电路等效转换到一次侧，如图１（ｂ）所示；进一步简化，如图１（ｃ ）所示 。图１ 压电变压器等效电路图 第３４卷第３期压 电 与 声 光 Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３２０１２年０ ６月ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ Ｊｕｎｅ ２０１２
压电陶瓷变压器
压电变压器直流高压电源设计 摘要 压电陶瓷变压器是一种新型的压电换能器件，具有尺寸小，结构简单，不可燃，耐辐射，高可靠等优点。压电变压器在电视显像管、雷达显示管、静电复印机、静电除尘、小功率激光管、离子发生器、高压极化等设备中得到广泛的应用。 本课题是研究压电变压器设计出10kV的直流高压电源。当在压电陶瓷变压器输入端（驱动部份）加入交变电压时，通过逆压电效应，瓷片产生沿长度方向的伸缩振动，将输入电能转变为机械能；而发电部分则通过正压电效应将机械能转换为电能从而输出电压因瓷片的长度远大于厚度，故输出端阻抗远大于输入端阻抗，输出端电压远大于输入端电压．一般输入几伏到几十伏的交变电压，可以获得几千伏以上的高压输出． 关键词：压电陶瓷变压器直流高压阻抗
Design of Piezoelectric Transformer DC high voltage power supply ABSTRACT Piezoelectric ceramic transformer is a new type of piezoelectric transducer device, the size is small, simple structure, non-combustible, resistance to radiation, high reliability. Piezoelectric Transformers in a television picture tube, radar showed tube, electrostatic copier, electrostatic dust, small power laser diodes, ion generator, high voltage polarization, and other equipment was widely used. The topic is the study piezoelectric transformer design of the 10 kV DC high voltage power supply. When the piezoelectric ceramic transformer input (some drivers) by adding alternating voltage, reverse piezoelectric effect. have artifacts along the length direction of the stretching vibration, the input energy into mechanical energy; and some power is through piezoelectric effect of converting mechanical energy to electrical energy so the output voltage for artifacts than the length of thickness, Therefore, the output impedance than input impedance, the output voltage than input voltage. General Fu few to a few tens of volts of alternating voltage, available thousands of volts above the high pressure output. Keywords:Piezoelectric Ceramic Transformer DC high voltage Impedance
压电陶瓷测量原理
压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，C I 为同相分量，R I 为异相分量，C I 与总电流 I 的夹角为δ，其正切值为CR I I C R ωδ1tan == 其中ω 为交变电场的角频率，R 为损耗电阻，C 为介质电容。
图 1 交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时） 2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时，材料内部能量消耗程度的一个参数，它也是衡量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。机械品质因数越大，能量的损耗越小。产生能量损耗的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数m Q 的定义为： 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中1R 为等效电阻（Ω），s ω 为串联谐振角频率（Hz ），1C 为振子谐振时的等效电容（F ），1L 为振子谐振时的等效电感。m Q 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的m Q 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的m Q 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性，即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。其产生的电荷与施加的应力成比例，对于压力和张力来说，其符号是相反的，电位移 D （单位面积的电荷）和应力σ 的关系表达式为：dr A Q D == 式中 Q 为产生的电荷（C ），A 为电极的面积（m2），d 为压电应变常数（C/N ）。 在逆压电效应中，施加电场 E 时将成比例地产生应变 S ，所产生的应变 S 是膨胀还是收缩，取决于样品的极化方向。 S=dE 两式中的压电应变常数 d 在数值上是相同的，即E S D d ==σ 另一个常用的压电常数是压电电压常数 g ，它表示应力与所产生的电场的关系，或应变与所引起的电位移的关系。常数 g 与 d 之间有如下关系： εd g = 式中ε为介电系数。在声波测井仪器中，压电换能器希望具有较高的压电应变常数和压电电压常数，以便能发射较大能量的声波并且具有较高的接受灵敏度。 4、机电耦合系数 当用机械能加压或者充电的方法把能量加到压电材料上时，由于压电效应和逆压电效应，机械能（或电能）中的一部分要转换成电能（或机械能）。这种转换的强弱用机电耦合系数 k 来表示，它是
基于压电陶瓷变压器高压直流电源设计___毕业论文
编号淮安信息职业技术学院毕业论文 学生姓名朱贤德 学号42911113 系部电气工程系 专业机电一体化技术班级429111 指导教师李瑞年 顾问教师宋指宏 二〇一三年十月
摘要 摘要 压电陶瓷变压器是一种新型的压电换能器件，具有尺寸小，结构简单，不可燃，耐辐射，高可靠等优点。压电变压器在电视显像管、雷达显示管、静电复印机、静电除尘、小功率激光管、离子发生器、高压极化等设备中得到广泛的应用。 本课题是研究压电变压器设计出10kV的直流高压电源。当在压电陶瓷变压器输入端（驱动部份）加入交变电压时，通过逆压电效应，瓷片产生沿长度方向的伸缩振动，将输入电能转变为机械能；而发电部分则通过正压电效应将机械能转换为电能从而输出电压因瓷片的长度远大于厚度，故输出端阻抗远大于输入端阻抗，输出端电压远大于输入端电压．一般输入几伏到几十伏的交变电压，可以获得几千伏以上的高压输出。 关键词：压电陶瓷变压器直流高压阻抗
ABSTRACT ABSTRACT Piezoelectric ceramic transformer is a new type of piezoelectric transducer device, the size is small, simple structure, non-combustible, resistance to radiation, high reliability. Piezoelectric Transformers in a television picture tube, radar showed tube, electrostatic copier, electrostatic dust, small power laser diodes, ion generator, high voltage polarization, and other equipment was widely used. The topic is the study piezoelectric transformer design of the 10 kV DC high voltage power supply. When the piezoelectric ceramic transformer input (some drivers) by adding alternating voltage, reverse piezoelectric effect. have artifacts along the length direction of the stretching vibration, the input energy into mechanical energy; and some power is through piezoelectric effect of converting mechanical energy to electrical energy so the output voltage for artifacts than the length of thickness, Therefore, the output impedance than input impedance, the output voltage than input voltage. General Fu few to a few tens of volts of alternating voltage, available thousands of volts above the high pressure output. Keywords:Piezoelectric Ceramic Transformer DC high voltage Impedance
Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies) 2008年第27卷第5期 Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计 滕 舵,陈 航,朱 宁,杨 虎,诸国磊 (西北工业大学航海学院,陕西西安710072) 摘 要:超声传感器是一种电声转换器件,其敏感元件压电陶瓷控制传感器的主要性能。设计了一种谐 振频率为140k Hz的Tonpilz型压电陶瓷超声传感器,从压电方程入手,建立了不同的理论模型,对等效网 络法和有限元法2种不同的设计方法进行了比较。相应的试验表明:有限元法的分析结果直观明了、建模 快捷、分析准确,其误差可控制在5%以内。设计研制的Tonpilz型传感器工艺简单、造价低廉、性能稳定。 关键词:传感器;压电陶瓷;超声;等效网络;有限元 中图分类号:TB565 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2008)05-0084-03 Design of Tonpilz type piezoelectric ceramic ultrasonic transducer TEN G Duo,CH EN Hang,ZHU Ning,YAN G Hu,ZHU Guo2lei (College of Marine,N orthw estern Polytechnical U niversity,Xi’an710072,China) Abstract:The ultrasonic transducer is an electroacoustic device.Its performance is determined mainly by the properties of its sensitive element,namely piezoelectric ceramics.A140k Hz Tonpilz piezoelectric ceramic ultrasonic transducer is investigated.Derived f rom the piezoelectric constitutive equation,the equivalent circuit model and finite element model are constructed respectively.The difference between above two models is described.A comparison shows that the method of FEA has a good accuracy,and its analysis error can be controlled within5%.So FEA is suitable for such type piezoelectric transducer.Some transducer prototypes are made according to the design result.The corresponding test shows a good performance. K ey w ords:transducer;piezoelectric ceramic;ultrasonic;equivalent network;finite element 0 引 言 压电陶瓷超声传感器是一种可以综合利用压电陶瓷正向和反向压电效应实现电声能量相互转换的器件,其在超声医疗、无损探伤、石油探井以及海洋军事等方面均有重要应用[1]。这种传感器的敏感元件是某些像压电陶瓷一样的特殊物质,是一种能够将机械能和电能进行互相转换的功能材料[2],只有经过极化处理的压电陶瓷才具有正向和反向压电效应。所谓正向压电效应是指压电陶瓷在受外力作用时,除发生形变及内部产生应力外,还会产生极化强度和电位移;而反向压电效应是指当压电陶瓷受电场作用时,除产生极化强度和电位移外,还会产生应变并产生应力。本文从描述压电陶瓷根本特性的压电方程入手,建立不同的理论模型,分别采用梅森等效网络法和有限元法进行分析设计,并对其进行一个综合的对比。 1 压电陶瓷超声传感器的等效网络模型 Tonpilz在德语里有蘑菇的意思,一般称具有这种近似蘑菇型外观的传感器为Tonpilz结构,其主要组成部分包括压电晶堆、辐射头、尾质量块以及预应力螺栓等。其中,辐射头用于辐射和接收声能,压电晶堆为有源材料,它既具有弹性介质的性能,又具有电介质的性能,同时具有压电体的性能,压电方程则是对这3种特性进行综合描述的数学表示[3]。根据实际压电传感器的机械和电学边界条件的不同,压电方程存在4种不同的工作状态,从而对应4种不同的压电方程。假设传感器是处于机械夹持(S=0,c;T≠0,c)和电学短路(E=0,c;D≠0,c)状态下,其压电陶瓷的极化方向沿z轴向,则压电方程的具体形式可以写成 收稿日期:2008-03-12 48
压电陶瓷测量原理
压电陶瓷及其测量原理 近年来,压电陶瓷得研究发展迅速,取得一系列重大成果,应用范围不断扩大,已深入到国民经济与尖端技术得各个方面中,成为不可或缺得现代化工业材料之一。由于压电材料得各向异性,每一项性能参数在不同得方向所表现出得数值不同,这就使得压电陶瓷材料得性能参数比一般各向同性得介质材料多得多。同时,压电陶瓷得众多得性能参数也就是它广泛应用得重要基础。 (一)压电陶瓷得主要性能及参数 (1)压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心得晶体上施加压力、张力或切向力时,则发生与应力成比例得介质极化,同时在晶体两端将出现正负电荷,这一现象称为正压电效应;反之,在晶体上施加电场时,则将产生与电场强度成比例得变形或机械应力,这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体就是否出现压电效应由构成晶体得原子与离子得排列方式,即晶体得对称性所决定。在声波测井仪器中,发射探头利用得就是正压电效应,接收探头利用得就是逆压电效应。 （2）压电陶瓷得主要参数 1、介质损耗 介质损耗就是包括压电陶瓷在内得任何电介质得重要品质指标之一。在交变电场下,电介质所积蓄得电荷有两种分量:一种就是有功部分(同相),由电导过程所引起;另一种为无功部分(异相),由介质弛豫过程所引起。介质损耗就是异相分量与同相分量得比值,如图1 所示,为同相分量,为异相分量,与总电流I 得夹角为,其正切值为其中ω为交变电场得角频率,R 为损耗电阻,C 为介质电容。
图1 交流电路中电压电流矢量图(有损耗时) 2、机械品质因数 机械品质因数就是描述压电陶瓷在机械振动时,材料内部能量消耗程度得一个参数,它也就是衡量压电陶瓷材料性能得一个重要参数。机械品质因数越大,能量得损耗越小。产生能量损耗得原因在于材料得内部摩擦。机械品质因数得定义为: 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中为等效电阻(Ω), 为串联谐振角频率(Hz), 为振子谐振时得等效电容(F),为振子谐振时得等效电感。与其它参数之间得关系将在后续详细推导。 不同得压电器件对压电陶瓷材料得值得要求不同,在大多数得场合下(包括声波测井得压电陶瓷探头),压电陶瓷器件要求压电陶瓷得值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性,即在其外部施加应力时能产生额外得电荷。其产生得电荷与施加得应力成比例,对于压力与张力来说,其符号就是相反得,电位移D(单位面积得电荷)与应力得关系表达式为: 式中Q 为产生得电荷(C),A 为电极得面积(m2),d 为压电应变常数(C/N)。在逆压电效应中,施加电场 E 时将成比例地产生应变S,所产生得应变S 就是膨胀还就是收缩,取决于样品得极化方向。 S=dE 两式中得压电应变常数d 在数值上就是相同得,即 另一个常用得压电常数就是压电电压常数g,它表示应力与所产生得电场得关系,或应变与所引起得电位移得关系。常数g 与 d 之间有如下关系: 式中为介电系数。在声波测井仪器中,压电换能器希望具有较高得压电应变常数与压电电压常数,以便能发射较大能量得声波并且具有较高得接受灵敏度。 4、机电耦合系数 当用机械能加压或者充电得方法把能量加到压电材料上时,由于压电效应与逆压电效应,机械能(或电能)中得一部分要转换成电能(或机械能)。这种转换得强弱用机电耦合系数k 来表示,它就是一个量纲为一得量。机电耦合系数就是综合反映压电材料性能得参数,它表示压
田村TAMURA压电陶瓷变压器 产品规格书
(Output) Stress Displacement Nodal point Piezoelectric transformer (SOLIDFORMER?) can generate a high voltage by a low voltage input through the utilization of a resonance phenomenon of the piezoelectric transducer. The applications include high voltage power supplies,such as inverters for liquid crystal display back-lighting, dust collectors, copy machines, facsimile machines, ionaizer, and ozonizers. Reliability Evaluation for Piezoelectric Transformer Features ? High efficiency (above 95%). ? Inflammability. ? Thin thickness. ? No flux leakage. ? High reliability. ? Self control function of output current. ? Low harmonic current noise. PIEZOELECTRIC CERAMICS The piezoelectric transformer has primary and secondary electrodes on the piezoelectric ceramic. The primary side is polarized in the thickness direction and the secondary side in the length direction. (Arrow mark shows polarization direction). When a voltage having a resonance frequency (Fr), determined by the length dimension, is input on the primary side, a strong mechanical oscillation is generated by inverse piezoelectric effect, and a high voltage (Vo) is output from the secondary side, matching its oscillation by direct piezoelectric effect. The unit may be damaged if a load is open when it starts driving. Characteristics will deteriorate when the unit is driven over the maximum rated. Cautions