如果您对超声陶瓷及其驱动电源很迷惑,强烈推荐您细读此文!
时间:2018-05-21 阅读:2328
芯明天单层压电陶瓷(又常被称作超声陶瓷)内部仅含有一层压电陶瓷层,且内部无电极层,仅有外部表面的电极层,不像多层叠堆压电陶瓷,内部具有很多陶瓷层及电极层。在不破坏单层陶瓷对应正、负电极情况下,可进行切割使用。
结构如下图所示。
单层与多层压电陶瓷对比:
产品属性 | 单层压电陶瓷 | 多层压电 叠堆陶瓷 |
外观 | ||
驱动电压 | 高 约1kV/mm | 低 60V/150V/200V |
位移形变量 | 小,纳米量级 | 大,微米量级 |
谐振频率 | 约100k~6.6MHz | 约10~1000kHz |
静电容量 | 约1~10nF | 约10nF~100μF
|
芯明天单层压电陶瓷外观及尺寸
外观 | 尺寸 |
| Disc/圆片 外径:4~185mm 厚度:0.2~20mm |
| Plate/方片 长或宽:1~127mm 厚度:0.2~25mm |
| Ring/环片 外径:4~185mm 厚度:0.2~20mm 内径:zui小3mm 壁厚:zui小2mm |
| Tube/管状 外径:5mm~140mm 高度:1~60mm 内径:zui小1mm 壁厚:zui小1mm |
注:单层压电陶瓷的厚度与长、宽、外径及材料等有关;外形尺寸可定制。
芯明天单层压电陶瓷电极
芯明天单层压电陶瓷通常为丝网印刷银电极,厚度约几微米至几十微米,也可定制镍、金、镀银等电极。单层压电陶瓷片的标准电极为上下面,一面为正极、一面为负极;管状单层陶瓷的标准电极为内外壁电极,内壁为正极、外壁为负极。
除标准电极外,我们也可提供特殊电极,如电极延覆WAE(Wraped Around Electrode),可将正负电极引至同一侧,下图所示为标准可选的WAE电极形式,一般从另一面延覆来的电极为负极,另一区域为正极,如下图标记。
单层压电陶瓷的耐压值
单层压电陶瓷所能承受的电压值与厚度有关,一般1mm厚陶瓷zui大可承受1kV的电压,2mm厚陶瓷zui大可承受2kV电压,以此类推。
Tube管状陶瓷的耐压值与壁厚有关,一般1mm壁厚陶瓷zui大可承受1kV的电压,2mm厚陶瓷zui大可承受2kV电压,以此类推。
芯明天单层压电陶瓷材料基本参数及典型应用
材料类型 | 材料型号 | 压电常数 d33 [10-12 C/N] | 机械品质 因数 | 居里温度 Tc |
硬材料 | NCE40 | 320 | 700 | 318 |
硬材料 | NCE41 | 310 | 1400 | 284 |
软材料 | NCE51 | 443 | 80 | 360 |
软材料 | NCE53 | 360 | 80 | 340 |
软材料 | NCE55 | 670 | 70 | 159 |
软材料 | NCE56 | 580 | 80 | 242 |
硬材料 | NCE81 | 255 | 1400 | 307 |
材料典型应用:
NCE40:超声清洗、水下超声、医疗应用-美容仪器、压电马达驱动、谐振模式应用。
NCE41:超声清洗、超声雾化器、水下超声、医疗应用、压电马达驱动、谐振模式应用、点火挤压式。
NCE80:超声焊接、高频声呐、高频医疗应用。
NCE81:超声焊接、超声解胶剂、高频及高功率声呐、高频及高功率医疗应用。
NCE51:低功率及低频超声/声传感器、力及超声拾音器、超声传感器/接收器系统、传感器、加速度计、水听器、流量计、无损检测NDT、促动器(单层陶瓷及单层陶瓷的叠堆)。
NCE53:剪切加速度计、陀螺仪、一般所有要求高温及时间稳定性的应用。
NCE56:医疗成像、水诊器、NDT无损检测、促动器、一般所有既要求高介电常数又要求高压常数的应用。
NCE55:医疗成像、水诊器、NDT无损检测、促动器、喷墨打印机、宽带传感器阵列和成像系统、要求高介电常数及高压电常数、温度限制的应用。
单层压电陶瓷的谐振频率
1、片状单层陶瓷谐振频率
片状单层陶瓷本身的谐振频率与陶瓷的厚度有关,两者大致关系如下图所示。
将压电陶瓷装入设备中后,陶瓷的谐振频率将降低,具体参数需要进行结构分析。
2、Tube管状陶瓷谐振频率
Tube管状压电陶瓷至少具有两个谐振频率,即轴向、径向谐振频率,它的径向谐振频率与外径、壁厚等有关。
Tube管状陶瓷轴向(即高度方向)的谐振频率可通过以下公式进行估算:
其中:N:厚度方向频率常数, 取决于材料,详见材料参数工作表,OD:外径[mm],ID:内径[mm],此计算值为估计值。
例如:N40 Tube OD39-ID32-TH13,计算得它的轴向谐振频率约为550kHz。
单层压电陶瓷的位移估算
利用逆压电效应,即对压电陶瓷施加电压,压电陶瓷受电场影响将产生形变位移。
1、位移的粗略估计
单层压电陶瓷一般在zui大耐压值下的位移约为位移方向长度的1‰,例如1mm厚陶瓷片,它的zui大耐压值为1000V,在1000V下,它在厚度方向产生的zui大位移约为1μm。
2、片状单层压电陶瓷的位移估算:
其中:U:施加电压[V]、H:陶瓷高度[m]、E:电场强度[V/m]、d:压电系数[m/V]、 W:陶瓷宽度[m]。
由以上公式可知:片状单层压电陶瓷的位移只与材料及所给电压有关,而对于同一种材料,不同高度的陶瓷片,只要施加相同电压(切记:电压不可超出所能承受的zui大电压),所产生的位移基本相同。
其他形状也可根据此计算公式进行估算位移情况。
3、单层陶瓷工作在谐振频率点时产生的振动幅度zui大。
作为传感或发电时,输出电压估算
单层压电陶瓷作为传感器时是利用它的正压电效应,即通过施加外力使之产生形变,从而输出电荷。
输出电压理论估算公式:
其中:d33:为材料常数,F:为力,h:为高度,r:为圆片的半径。
例如: 圆片NCE41-Disc-OD20-TH5,NCE41材料系数为25.5*1013,当施加12500N力时,理论估算所产生的电压为5000V。
单层压电陶瓷用来发电产生的功率,在谐振频率下,可达40-50W/cm2,芯明天单层压电陶瓷在谐振频率下产生功率zui高的材料为NCE81材料。
单层陶瓷的应用案例展示
单层陶瓷的型号选择
单层压电陶瓷产品一般以批量定制为主,所以我们不将单层压电陶瓷元件作为标准品提供。但也会有部分型号的库存,建议您从库存中选取型号进行性能测试,且供货时间短,成本易控制。
请与销售工程师获取库存表。
单层陶瓷驱动电源
芯明天公司不仅可提供单层压电陶瓷,且可提供单层压电陶瓷驱动电源,驱动频率可小至几赫兹,大至上兆赫兹的驱动电源,基本参数如下:
型号 | zui大输出 电压V | zui大输出 功率W | 带宽 (-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 |