压电换能器的压电陶瓷怎么选择,要考虑哪些参数,怎么确定陶瓷片数量

说到陶瓷呢，大家都很清楚，从古代到现代，陶瓷无时无刻不存在我们身边，我们在家里摆的观赏瓷器，建造高楼用的瓷砖，包括我们平常吃饭用的瓷碗，我们的生活中充满了陶瓷制品，当然，今天小编说压电陶瓷，相当一部分人就会问，什么是压电陶瓷，它是干什么用的？好的今天，小编就给大家说说什么是压电陶瓷的参数。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等，除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。

自由介电常数εT33

电介质在应变为零(或常数)时的介电常数，其单位为法拉/米。

相对介电常数εTr3(relative permittivity)

介电常数εT33与真空介电常数ε0之比值，εTr3=εT33/ε0，它是一个无因次的物理量。

介质损耗(dielectric loss)

电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。

损耗角正切tgδ

理想电介质在正弦交变电场作用下流过的电流比电压相位超前90 0，但是在压电陶瓷试样中因有能量损耗，电流超前的相位角ψ小于900，它的余角δ(δ+ψ=900)称为损耗角，它是一个无因次的物理量，人们通常用损耗角正切tgδ来表示介质损耗的大小，它表示了电介质的有功功率(损失功率)P与无功功率Q之比。即： 电学品质因数Qe

电学品质因数的值等于试样的损耗角正切值的倒数，用Qe表示，它是一个无因次的物理量。若用并联等效电路表示交变电场中的压电陶瓷的试样，则 Qe=1/ tgδ=ωCR

好了，以上呢，就是关于压电陶瓷参数的全部内容了，一般来说呢像压电陶瓷这类的工件需要专业的人士亲自指导完成，其余的呢大家可以偶尔摸索一下，不过我们老一辈人俗话说的好嘛，我们应该活到老学到老，人的一生就是在学习中进步的，小编建议呢，想学学压电陶瓷参数的朋友可以经常的钻研一下哦。

压电陶瓷pzt5和pzt8的区别是它们的材质和发射类型不同。pzt5，一般定义是发射型；pzt8，一般定义是收发型。根据换能器的功能,大体上按照发射型,接收型,收发型来选用陶瓷,分别对应pzt8,pzt5,pzt4，参数主要包括：d33,Fr,Fp,D,Cp0。陶瓷片的用量根据功率极限来算，一般为0.3W/kHz/cm^3，厚度要根据响应或者灵明度来选取。压电陶瓷是具有压电特性的电子陶瓷材料。与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒.由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的.为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向.经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。

时间紧，只写了这些过几天再给你一些

载波机选用的频率范围在40kHz～

500kHz。为了便于传输又减少干扰，一般选

用低于40kHz 并尽可能在音频范围内。载波通信设备大多选用2.22kHz、2.58kHz、

3.78kHz 系列MF 作为选频器件。由于电力线路

对载波信号的干扰比较强，在电路设计时接收机入口信噪比一般要达到30dB～

40dB，因而阻带要求更高；另一方面，为

了减少数据传输的误码率，对MF 的通带波动也提出了更高的要求。

2MF 的技术要求（以2.22kHzMF 为例）

中心频率：f0=2.22kHz±5Hz

－1dB 带宽：△f1≥±40Hz

带内波动：△b≤0.5dB,在f0±30Hz 两点，△b≤0.3dB

防卫度：f0±120Hz≥40dB

f0±200Hz≥60dB

插入损耗：b0≤6dB

阻抗：Z 入=600Ω,Z 出=600Ω

外形尺寸：80mm×25mm×17mm

引线位置：73×15

存贮温度：－25℃～＋65℃

3.1.1MF 振动模式选择

为适应设备小型化，也必须考虑MF 的体积问题。我们知道，在相同频率下

弯曲振动模式的振子和换能器尺寸最小。同时采用音片振子，在生产调试上比较

方便。适合于批量生产。该MF 采用音片弯曲振动的模式。

3.1.2MF 振动系统节数（N）

技术指标规定－1dB 带宽大于80Hz，考虑到调试时的具体情况及温度变化

对宽度的影响，设计时取－3dB，带宽为100Hz。

－40dB 带宽△f≤240Hz，可算得

K40/3=240÷100=2.4

查表可得：MF 振动系统节数N=4。

3.1.3 振子长度

振子长度用下式求解：

式中，αn 是弯曲振动常数；

lr 是振子长度；

h 是振子厚度；

E 是恒弹性合金弹性模量；

ρ 是恒弹性合金密度。

由于MF 中心频率很低，为了减小体积，取h=0.085cm,可得出lr=4.403cm

（44.03mm）。

3.1.4 换能子长度

由于换能振子贴上压电陶瓷片才能成为换能器，而压电陶瓷片和专用合金

两种材料的密度及杨氏弹性模量均不相同，且贴的位置不同对换能器频率带宽都

有影响，因而难以进行计算，依据经验，采用修正值来决定。即换能振子实际长

度l=lr＋修正值，修正值视压电陶瓷片的长度、厚度而定。

3.1.5 换能器的设计

由于MF 在振动系统节数一定时通带波动和阻带衰耗是一对矛盾的统一体。

在设计MF 时应对其体积、性能、成本等进行最优化设计。体积要尽量小，这就要

求振动系统节数尽量少，但又要达到指标要求的衰减。换能器带宽足够宽意味着

要采用机电耦合系数大的压电陶瓷片才能保证通带内波动尽量小。而换能器

,ΔfK 是换能器带宽。所以ΔfK 值大，则换能器Q 值下降，导致阻带衰减不

陡。对该MF 而言，振动系统节数已定情况下△b<0.2dB，则－40dB 较难达到；如

果－40dB 易达到，则△b 就较大，经过反复试验、分析，最后选为55S 料、K31=0.29

的压电陶瓷片来制作换能器，其换能器参数ΔfK=30Hz,静电容C0=3500pF～

3800pF。

图1 Γ 形匹配回路

3.1.6 匹配回路的设计

将匹配回路设计成Γ 型，如图1 所示。MF 电路框图如图2 所示。

通过计算可得出：

输入端:L 入=110mH 输出端:L 出=110mH

C 入=1300pFC 出=1300pF

图2 MF 电路框图

4 解决的关键技术

由于该产品为电力载波设备所用，考虑到生产成本，选用了双面印制板代

替印制板加金属底板。一方面，在理论上是将振动元件上振动幅度为零的波节作

为支撑点，但由于谐振子有一定的宽度，支撑体与谐振子有较大的接触面，致使

支撑体随谐振子的大幅度振动而振动，且MF 的中心频率越低，谐振子振动幅度越

大，从而产生较大的寄生峰；另一方面，印制板重量轻，振动系统的寄生峰易通

过印制底板传输，从而影响MF 传输特性。且底板的受力状况不同，如该MF 在生

产过程中是初调好，再装上输入输出电感器，从而改变了底板的受力情况，MF 在

封装时，其受力情况又有改变，都影响MF 的幅频特性。因此，寄生蜂的解决是能

否进行大批量生产的关键问题。经过在生产过程中反复试验、摸索，在工艺、封

装方面做了大量的试验工作，对振动系统的支撑采取了特殊的方式，解决了寄生

峰问题。

现在，该MF 生产已比较成熟，且在该MF 生产的基础上已扩展到生产2.58kHz

和3.78kHz 两种MF,且都已进入小批量生产。

5 产品达到的技术指标

中心频率：f0=2.22kHz±5Hz

－1dB 带宽：△f3≥±40Hz

带内波动：△b≤0.5dB,在f0±30Hz 两点△b≤0.3dB

防卫度：f0±120Hz≥42dB

f0±200Hz≥68dB

插入损耗：b0≤3.5dB

阻抗：Z 入=600Ω,Z 出=600Ω

外形尺寸：80mm×25mm×17mm

引线位置：73×15

存贮温度：－25℃～＋65℃

P4，P8分别是压电陶瓷材料的一种体系，不同体系的材料介电常数，损耗，机械品质因子等压电性能有所区别，应用场景也不同。比如P4的多用于清洗换能器，P8的料多用于焊接换能器等。详细的参数你可以看看一些国内做压电陶瓷的公司网站，一般都会有材料性能附在上面。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的资讯功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声感测器、声换能器、超声马达等。

压电陶瓷原理

极化后的陶瓷片会有束缚电荷出现在两端，外界的自由电荷会被吸附到电极表面上，这是一个充电的过程。这时，当有外力压向陶瓷片时，两端就会向外界放电反之，当有外力反向作用时，两端将会进行充电。这个过程实现了机械效应向电效应的转换，因而该现象又叫做正压电效应。

压电陶瓷材料

无机压电材料：分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。

具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。

压电陶瓷的参数

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的资讯功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等,已被广泛应用于医学成像、声感测器、声换能器、超声马达等。

压电陶瓷的极化

压电陶瓷的极化机理取决于其内部结构。压电陶瓷是由一颗颗小晶粒无规则地“镶嵌”而成，每个小晶粒可看为一个小单晶，其中原子(离子)都是有规则(周期性)的排列，形成晶格，晶格又由一个个重复单元—晶胞组成。晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同，从整体看，仍是混乱、无规则的。为了使压电陶瓷处于能量(静电能与弹性能)最低状态，

晶粒中就会出现若干小区域，每个小区域内晶胞自发极化有相同的方向，但邻近区域之间的自发极化方向则不同。自发极化方向一致的区域称为电畴，整块陶瓷包括许多电畴。

电容量和压电陶瓷片的电极面面积及厚度有关，而谐振频率和压电陶瓷厚度有关，其实这个问题不用特别的控制，现在做这种压电陶瓷的厂家很多，找一家大点的公司，告诉你的用途就好了，他们会去控制的

超声波换能器，包括外壳(1)、匹配层即声窗(2)、压电陶瓷圆盘换能器(3)、背衬(4)、引出电缆(5)，其特征在于它还包括Cymbal阵列接收器，它由引出电缆(6)、8～16只Cymbal换能器(7)、金属圆环(8)、(9)和橡胶垫圈(10) 组成；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器3之上；压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。

主要适用与超声波塑料焊接机、超声波金属焊接机，超声波清洗机，气相机，三氯机等

500mm。压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成，在一定的温度下经极化处理后，具有压电效应。压电陶瓷超声换能器很早就进入了人们的研究视野，其他的精度为500mm。它制作方便，可操控强，灵敏度高，机电耦合性好。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器。

压电陶瓷换能器的工作原理是一种人工焙烧制造的可应用于多领域的多晶材料。通过外加电场和外部施加压力的作用，使材料的外部弹性形变和内部电级化发生相互转换，称为电致伸缩效应。烧结而成的铁电体通过电场的极化处理，让杂乱的内部极化现象变得规律有序，产生压电特性。

扩展资料：

由于超声技术的非接触性等优点，尝试把压电陶瓷超声换能器应用在液体浓度检测系统当中。系统中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在其中担当着发射信号和接收信号的重要功能。把换能器产生的一定频率和幅值的超声信号通过发射电路打入液体内部，经过液体对信号的衰减，从接收换能器端可以接收到带有液体浓度信息的信号。

再通过声衰减法的分析，有效得出液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序，超声测量程序，脉冲控制程序，脉冲收发程序，ADC采集控制程序以及时钟和报警程序。