Ефективність електромеханічного перетворення енергії при резонансних коливаннях елементів конструкцій із п'єзокераміки

Abstract

В усіх п’єзоелектричних тілах відбувається перетворення енергії із механічної форми в електричну (прямий п’єзоефект) або із електричної форми в механічну (зворотний п’єзоефект). Ефективність такого перетворення може оцінюватися кількома способами, а саме: за коефіцієнтом електромеханічного зв’язку, величиною повної провідності, відношенням активної та реактивної компонент повної провідності, коефіцієнтом передачі п’єзотрансформаторного датчика. Згадані способи порівнюються між собою. Подаються прості інженерні формули для визначення основних параметрів п’єзокераміки з вимірювань максимальної та мінімальної провідностей при радіальних коливаннях тонкого диска із суцільними електродами. Показано, зокрема, що в експериментальних дослідженнях застосування єдиного методу є недостатнім і доцільно поєднувати декілька підходів.

In piezoelectric bodies the transformations of the mechanical energy into electric one (direct piezoeffect) and the electric energy to mechanical one (inverse piezoeffect) take place. An efficiency of the electromechanical energy transformation in such bodies can be estimated by different parameters — using an electromechanical coupling factor, electric admittance, conductance to susceptance ration or through transfer constant of a piezoelectric transformer sensor. In the paper these approaches are compared each other. Simple engineer formulae for piezoceramics main parameters determination on the base measurements of the maximum and minimum admittance of a piezoceramic disk being under radial vibration have been obtained. It has been shown that only one parameter measuring is insufficient and several parameters measuring should be used.

Во всех пьезоэлектрических телах осуществляется преобразование энергии из механической формы в электрическую (прямой пьезоэффект) либо из электрической формы в механическую (обратный пьезоэффект). Эффективность такого преобразования энергии может оцениваться несколькими способами, а именно: по коэффициенту электромеханической связи, по величине полной проводимости, по отношению активной и реактивной компонент полной проводимости, по коэффициенту передачи пьезотрансформаторного датчика. Указанные способы сравниваются между собой. Приводятся простые инженерные формулы для определения основных параметров пьезокерамики из измерения максимальной и минимальной проводимостей при радиальных колебаниях тонкого диска со сплошными электродами. Показано, в частности, что в экспериментальных исследованиях применение единственного метода является недостаточным и целесообразно объединять несколько подходов.