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压电系数d33的定义和物理意义及相关试验设备

发布时间：2024/4/20 16:29:07阅读人数：1820

一、压电系数d33的定义：

压电系数d33是指材料在压力作用下产生的电荷量与施加在材料上的压力之比。它是压电材料的重要参数,在声学、电声、超声波、振动传感器等域都有广泛的应用。d33的值越大,说明材料的压电效应越强,可以产生更大的电荷量和更高的灵敏度。常见的压电材料有铅锴酸铅、铅镁铌酸钛、聚偏氟乙烯等。

d33的测量方法一般采用压电测试仪进行,通过施加不同大小的压力并测量产生的电荷量,求得d33的值。在实际应用中,需要根据具体的应用场景选择合适的压电材料和适当的d33值。

二、压电系数d33计算公式

d33=Dt/U。在压电晶片上加U这么大的应力，压电晶片在厚度上发生了Dt的变化量，d33越大，发射灵敏度越高，压电系数d33计算公式就是d33=Dt/U。压电系数是压电体把机械能转变成电能或把电能转变成机械能的转变系数，反应压电材料弹性性能与介电性能之间的耦合关系。

三、动态压电常数和静态压电常数区别

压电常数(Piezoelectric Constant)是压电体把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性（机械）性能与介电性能之间的耦合关系。选择不同的自变量（或者说测量时选用不同的边界条件），可以得到四组压电常数d、g、e、h，其中较常用的是压电常数d。
其中压电常数d33是表征压电材料性能的常用的重要参数，一般陶瓷的压电常数越高，压电性能越好。下标中的第1个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向，“33”表示化方向与测量时的施力方向相同。
当沿化方向（Z轴）施加压应力T3时，在电面A3上产生的电荷密度σ3 = d33T3。在MKSQ制中，电位移D3 =σ3，则D3 = d33T3，同理，沿X轴和Y轴分别施加机械应力T1和T2，在电面A3上所产生的电位移为：D3 = d31T1，D3 = d32T2。若晶体同时受到T1，T2和T3的作用，电位移和应力关系为：D3 = d31T1+d32T2+d33T3，对于用来产生运动式振动的材料来说，希望具有大的压电常数d。

四、压电系数的物理意义

压电系数的物理意义在于描述材料在机械应力和电学性能之间的耦合行为。具体来说，它反映了材料在单位应变下产生的化电荷或者是单位化电场下的应力。这种耦合关系表现为，当压电体受到机械应力作用时，会产生电势差，即机械应力导致材料内部正负离子的相对位移，从而改变了电荷分布；反之，当压电体受到电场作用时，会产生形变，即电场导致材料产生机械应变。压电系数的大小是评价压电材料性能的重要指标，较大的压电系数意味着材料具有更强的压电效应，能够在应变时产生更多的电荷输出，从而提高传感器和振动器的效率和灵敏度。