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如果您對超聲陶瓷及其驅(qū)動電源很迷惑,強(qiáng)烈推薦您細(xì)讀此文!

更新時(shí)間: 2018-05-21

芯明天單層壓電陶瓷(又常被稱作超聲陶瓷)內(nèi)部僅含有一層壓電陶瓷層,且內(nèi)部無電極層,僅有外部表面的電極層,不像多層疊堆壓電陶瓷,內(nèi)部具有很多陶瓷層及電極層。在不破壞單層陶瓷對應(yīng)正、負(fù)電極情況下,可進(jìn)行切割使用。

結(jié)構(gòu)如下圖所示。

單層與多層壓電陶瓷對比:

產(chǎn)品屬性

單層壓電陶瓷

多層壓電

疊堆陶瓷

外觀

驅(qū)動電壓

約1kV/mm

60V/150V/200V

位移形變量

小,納米量級大,微米量級

諧振頻率

約100k~6.6MHz約10~1000kHz

靜電容量

約1~10nF

約10nF~100μF

 

芯明天單層壓電陶瓷外觀及尺寸

外觀

 尺寸

    

Disc/圓片

外徑:4~185mm

厚度:0.2~20mm

     

Plate/方片

長或?qū)挘?/span>1~127mm

厚度:0.2~25mm

     

Ring/環(huán)片

外徑:4~185mm

厚度:0.2~20mm

內(nèi)徑:zui小3mm

壁厚:zui小2mm

      

Tube/管狀

       外徑:5mm~140mm

高度:1~60mm

內(nèi)徑:zui小1mm

 壁厚:zui小1mm

注:單層壓電陶瓷的厚度與長、寬、外徑及材料等有關(guān);外形尺寸可定制。

 

芯明天單層壓電陶瓷電極

芯明天單層壓電陶瓷通常為絲網(wǎng)印刷銀電極,厚度約幾微米至幾十微米,也可定制鎳、金、鍍銀等電極。單層壓電陶瓷片的標(biāo)準(zhǔn)電極為上下面,一面為正極、一面為負(fù)極;管狀單層陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)電極為內(nèi)外壁電極,內(nèi)壁為正極、外壁為負(fù)極。

除標(biāo)準(zhǔn)電極外,我們也可提供特殊電極,如電極延覆WAE(Wraped Around Electrode),可將正負(fù)電極引至同一側(cè),下圖所示為標(biāo)準(zhǔn)可選的WAE電極形式,一般從另一面延覆來的電極為負(fù)極,另一區(qū)域?yàn)檎龢O,如下圖標(biāo)記。

單層壓電陶瓷的耐壓值

 

單層壓電陶瓷所能承受的電壓值與厚度有關(guān),一般1mm厚陶瓷zui大可承受1kV的電壓,2mm厚陶瓷zui大可承受2kV電壓,以此類推。

Tube管狀陶瓷的耐壓值與壁厚有關(guān),一般1mm壁厚陶瓷zui大可承受1kV的電壓,2mm厚陶瓷zui大可承受2kV電壓,以此類推。

 

芯明天單層壓電陶瓷材料基本參數(shù)及典型應(yīng)用

材料類型

材料型號

壓電常數(shù)

d33

[10-12 C/N]

機(jī)械品質(zhì)

因數(shù)
Qm

居里溫度

Tc
[°C]

硬材料

NCE40

320

700

318

硬材料

NCE41

310

1400

284

軟材料

NCE51
NCE51F

443

80

360

軟材料

NCE53

360

80

340

軟材料

NCE55

670

70

159

軟材料

NCE56

580

80

242

硬材料

NCE81

255

1400

307

 

材料典型應(yīng)用:

NCE40:超聲清洗、水下超聲、醫(yī)療應(yīng)用-美容儀器、壓電馬達(dá)驅(qū)動、諧振模式應(yīng)用。

NCE41:超聲清洗、超聲霧化器、水下超聲、醫(yī)療應(yīng)用、壓電馬達(dá)驅(qū)動、諧振模式應(yīng)用、點(diǎn)火擠壓式。

NCE80:超聲焊接、高頻聲吶、高頻醫(yī)療應(yīng)用。

NCE81:超聲焊接、超聲解膠劑、高頻及高功率聲吶、高頻及高功率醫(yī)療應(yīng)用。

NCE51:低功率及低頻超聲/聲傳感器、力及超聲拾音器、超聲傳感器/接收器系統(tǒng)、傳感器、加速度計(jì)、水聽器、流量計(jì)、無損檢測NDT、促動器(單層陶瓷及單層陶瓷的疊堆)。

NCE53:剪切加速度計(jì)、陀螺儀、一般所有要求高溫及時(shí)間穩(wěn)定性的應(yīng)用。

NCE56:醫(yī)療成像、水診器、NDT無損檢測、促動器、一般所有既要求高介電常數(shù)又要求高壓常數(shù)的應(yīng)用。

NCE55:醫(yī)療成像、水診器、NDT無損檢測、促動器、噴墨打印機(jī)、寬帶傳感器陣列和成像系統(tǒng)、要求高介電常數(shù)及高壓電常數(shù)、溫度限制的應(yīng)用。

 

單層壓電陶瓷的諧振頻率

1、片狀單層陶瓷諧振頻率

片狀單陶瓷本身的諧振頻率與陶瓷的厚度有關(guān),兩者大致關(guān)系如下圖所示。

壓電陶瓷裝入設(shè)備中后,陶瓷的諧振頻率將降低,具體參數(shù)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

 2、Tube管狀陶瓷諧振頻率

Tube管狀壓電陶瓷至少具有兩個(gè)諧振頻率,即軸向、徑向諧振頻率,它的徑向諧振頻率與外徑、壁厚等有關(guān)。

Tube管狀陶瓷軸向(即高度方向)的諧振頻率可通過以下公式進(jìn)行估算:

其中:N:厚度方向頻率常數(shù), 取決于材料,詳見材料參數(shù)工作表,OD:外徑[mm],ID:內(nèi)徑[mm],此計(jì)算值為估計(jì)值。

例如:N40 Tube OD39-ID32-TH13,計(jì)算得它的軸向諧振頻率約為550kHz。

 

 

層壓電陶瓷的位移估算

利用逆壓電效應(yīng),即對壓電陶瓷施加電壓,壓電陶瓷受電場影響將產(chǎn)生形變位移。

1、位移的粗略估計(jì)

單層壓電陶瓷一般在zui大耐壓值下的位移約為位移方向長度的1‰,例如1mm厚陶瓷片,它的zui大耐壓值為1000V,在1000V下,它在厚度方向產(chǎn)生的zui大位移為1μm。

2、片狀單層壓電陶瓷的位移估算:

其中:U:施加電壓[V]、H:陶瓷高度[m]、E:電場強(qiáng)度[V/m]、d:壓電系數(shù)[m/V]、 W:陶瓷寬度[m]。

由以上公式可知:片狀單層壓電陶瓷的位移只與材料及所給電壓有關(guān),而對于同一種材料,不同高度的陶瓷片,只要施加相同電壓(切記:電壓不可超出所能承受的zui大電壓),所產(chǎn)生的位移基本相同。

其他形狀也可根據(jù)此計(jì)算公式進(jìn)行估算位移情況。

3、單層陶瓷工作在諧振頻率點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動幅度zui大。

 

 

作為傳感或發(fā)電時(shí),輸出電壓估算

單層壓電陶瓷作為傳感器時(shí)是利用它的正壓電效應(yīng),即通過施加外力使之產(chǎn)生形變,從而輸出電荷。

輸出電壓理論估算公式:

其中:d33:為材料常數(shù),F(xiàn):為力,h:為高度,r:為圓片的半徑。

例如: 圓片NCE41-Disc-OD20-TH5,NCE41材料系數(shù)為25.5*1013,當(dāng)施加12500N力時(shí),理論估算所產(chǎn)生的電壓為5000V。

單層壓電陶瓷用來發(fā)電產(chǎn)生的功率,在諧振頻率下,可達(dá)40-50W/cm2,芯明天單層壓電陶瓷在諧振頻率下產(chǎn)生功率zui高的材料為NCE81材料。

 

單層陶瓷的應(yīng)用案例展示

單層陶瓷的型號選擇

單層壓電陶瓷產(chǎn)品一般以批量定制為主,所以我們不將單層壓電陶瓷元件作為標(biāo)準(zhǔn)品提供。但也會有部分型號的庫存,建議您從庫存中選取型號進(jìn)行性能測試,且供貨時(shí)間短,成本易控制。

請與銷售工程師獲取庫存表。

 

單層陶瓷驅(qū)動電源

芯明天公司不僅可提供單層壓電陶瓷,且可提供單層壓電陶瓷驅(qū)動電源,驅(qū)動頻率可小至幾赫茲,大至上兆赫茲的驅(qū)動電源,基本參數(shù)如下:

型號

zui大輸出

電壓V

zui大輸出

功率W

帶寬

(-3dB)

E01/00

120V

20W

0~50KHZ

50V

20W

0~100KHZ

40V

20W

0~150KHZ

2031

300V

18W

0~500kHz

4011

160V

80W

0~1MHz

2021

170V

42.5W

0~1.5MHz

1100

35V

17.5W

0~12MHz

1200

35V

17.5W

0~24MHz

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