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:3mm 壁厚:2mm |
|
Tube/管状 外径:5mm~140mm 高度:1~60mm 内径:1mm 壁厚: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。
单层压电陶瓷所能承受的电压值与厚度有关,一般1mm厚陶瓷可承受1kV的电压,2mm厚陶瓷可承受2kV电压,以此类推。
Tube管状陶瓷的耐压值与壁厚有关,一般1mm壁厚陶瓷可承受1kV的电压,2mm厚陶瓷可承受2kV电压,以此类推。
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。
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。
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,它的耐压值为1000V,在1000V下,它在厚度方向产生的位移约为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大。
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高的材料为NCE81材料。
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。
请与销售工程师联系获取库存表。
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 |
输出 电压V |
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 |
请持续关注芯明天微信公众号或芯明天官网:www.coremorrow.com。
垂询电话:0451-86268790。
扫描下方二维码,关注芯明天微信公众号及芯明天技术总监微信可获取更多信息。