Decoration_ Matrix of piezoelectric constants. Image by f3lix-tutorial.com

Piezo Accelerometer Tutorial

L'effet piézoélectrique

Constantes piézoélectriques

La constante piézoélectrique de charge

Jusqu'à présent, nous avons examiné les qualités plutôt que les quantités de l'effet piézo. Afin de faire également un examen quantitatif, nous avons besoin de chiffres, par exemple pour comparer des matériaux ou pour calculer une sensibilité d'un accéléromètre.

Le nombre qui nous indique dans quelle mesure le matériau convertit une force mécanique en une sortie électrique est appelé constante piézoélectrique . La plus importante pour nos applications est la constante de charge piézoélectrique d . Elle est égale à la charge générée divisée par la force appliquée.

                                                         [d] = pC / N (pico Coulombs par Newton)

Q est la charge électrique               [Q] = pC (pico Coulombs)

F est la force mécanique                 [F] = N (Newton)

d = Q / F       la dimension de d est

Cependant, pour être strictement correcte, cette équation simple n'est juste que si aucun autre facteur d'influence n'est présent. Cela signifie par exemple que la température reste constante et qu'une seule force agit sur le piézo.

 

Les indices de direction

  • Les directions de x, y et z de la force et du champ électrique sont représentées par 1, 2 et 3.

  • La contrainte de cisaillement qui apparaît autour des axes 1, 2 et 3 est représentée par les nombres 4, 5 et 6 respectifs.
    Une condition de cisaillement existe lorsque nous appliquons deux forces opposées qui auraient tendance à faire tourner le corps dans le sens indiqué par les chiffres 4, 5 et 6.

Notation of axis

    Les indices i et k signifient:

Notation of axes

 i k

d

Connection from formula to text

k = sens d'action mécanique

 i = direction du champ électrique

  (= direction perpendiculaire aux électrodes)

Exemples d'indices

Mode de compression .

d 33 indique la charge électrique [pC] générée dans la direction 3 (électrodes perpendiculaires à l'axe 3)

par Newton [N] force appliquée au corps piézoélectrique également dans la direction 3 .

Hand indicating interactive image

(       passe la souris sur l'image pour appliquer une force)

Cube Axen .png
Hand indicating interactive image 1
Cube png.png
Cube d33 .png

Mode transversal

d 31 est la charge électrique [pC] générée sur des électrodes perpendiculaires à l' axe 3

par unité de force (Newton) appliquée dans le sens 1 .

Cube Axen .png
Hand indicating interactive image 2
Cube png.png
Cube d31 .png

Mode de cisaillement

d 15 signifie que la charge électrique se développe dans le sens 1 (électrodes perpendiculaires à l'axe 1)

par unité de contrainte de cisaillement 5 appliquée

( 5 = cisaillement autour de la direction 2 , c'est -à- dire en appliquant une force vers le bas à l'avant de la pièce tout en la retenant à l'arrière)

Cube Axen .png
Hand indicating interactive image 3
Cube png.png
Cube d15 .png

Dans la documentation ou les fiches techniques, on trouve d généralement avec deux indices dik

Les indices i et k nous indiquent dans quelle direction i du cristal piézoélectrique la charge électrique apparaît lorsque nous appliquons une force dans la direction k ( i peut-être différent de k )

Pour identifier les directions dans un élément piézoélectrique, trois axes orthogonaux sont utilisés. Ces axes sont nommés 1, 2 et 3, au lieu de l'ensemble classique des axes x, y et z.

 

Sensibilité d'un élément piézoélectrique

Le plus souvent, lorsque nous utilisons une constante piézoélectrique, nous voulons la sensibilité.  C'est-à-dire la charge électrique Q que l'on obtient quand on applique une certaine force F.  On se souvient que la constante de charge d est égale à la charge produite divisée par la force appliquée.

d = Q / F   ou    Q = d · F     (il suffit d'appliquer le dik adéquat )

 

Nous savons que la charge est répartie sur la surface, ce qui pourrait donner l'impression que l'augmentation de la surface augmenterait également la charge. Cependant, si nous le faisons, la force appliquée est également répartie sur une plus grande surface et la contrainte par surface devient plus petite dans la même proportion.

Cela signifie que la charge de sortie est indépendante de la taille de l'élément piézoélectrique !