Определение напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя. Расчет напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя для деформации по толщине и для деформации по длине. Условие существования пьезоэлектрического эффекта.
Пьезоэлектрический эффект-явление, характеризующее возникновение электрической поляризации (индукции) под действием механических напряжений или возникновение деформации под действием электрического поля в некоторых веществах (пьезокристаллах). Если пьезоэлектрическую пластину, вырезанную определенным образом, подвергнуть действию механических напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то на ее поверхности появляются электрические заряды, обусловленные поляризацией, - это так называемый прямой пьезоэффект; при внесении такой пластинки в электрическое поле возникает ее деформация, линейно зависящая от напряженности электрического поля, - обратный пьезоэффект. Механизм прямого пьезоэффекта объясняется возникновением или изменением дипольного момента элементарной ячейки кристаллической решетки в результате смещения зарядов под действием механических напряжений.Изготовление заготовок - порошок смешивают с органическими вяжущими катализаторами, прессуют, каландрируют (прокатывают) или формуют с целью получения структурного элемента заданной формы (диск, стержень, пластина и т. п.) методом полусухого прессования, шликерного литья, горячего литья под давлением, экструзии или изостатического прессования при высоком давлении; Обжиг - «сырые» керамические заготовки подвергаются обжигу при заданных температурных и временных режимах, в результате чего частицы порошка спекаются и материал приобретает плотную керамическую структуру. При температуре выше критической, так называемой точки Кюри, каждый кристалл имеет простую кубическую симметрию, не обладающую дипольным моментом. При температурах ниже точки Кюри каждый кристалл приобретает (в зависимости от композиции материала) тетрагональную или ромбоэдрическую симметрию с дипольным моментом. Области одинаково ориентированных дипольных моментов называются доменами, а каждый домен содержит сеть дипольных моментов.Некоторые пьезокерамические элементы уже изначально могут выполнять функции компонента или узла (например, пластинчатые биморфы) и не нуждаются в дополнительной доработке. Примерами могут служить искровые воспламенители нажимного и ударного типов, применяемые в разного рода зажигалках и поджигающих системах, а также твердотельные батареи на основе многослойной пьезокерамики, применяемые в современных электронных схемах. В условиях активного внедрения компьютерной техники датчики являются незаменимыми устройствами, позволяющими согласовывать механические системы с электронными системами контроля и управления. Выделяются два основных типа пьезокерамических датчиков: осевые (механическая сила действует вдоль оси поляризации, мода 33) и гибкие (сила действует перпендикулярно оси поляризации (мода 31)). Гибкие датчики строятся на основе последовательных (слои керамики имеют противоположную направленность поляризации) и параллельных (направленность поляризации слоев совпадает) пьезокерамических биморфов.По заданию требуется определить резонансную частоту fp по формуле (2.1): (2.1) где f0 - собственная частота пьезоэлектрического преобразователя, которая вычисляется по формуле (2.2): (2.2) Расчет скорости звука Сзв в пьезомодуле используя резонансную частоту fp по формуле (2.4): (2.4) Зная геометрические размеры пьезомодуля, и используя формулу (2.5) рассчитаем площадь возникновения заряда S : (2.5) Так как у нас преобразователь выполняется из двух пластин, то его суммарная емкость составит: Определим величину заряда q , возникающего на обкладках по формуле (2.8): (2.8) По заданию требуется определить резонансную частоту fp по формуле (2.1): (2.1) где f0 - собственная частота пьезоэлектрического преобразователя, которая вычисляется по формуле (2.2): (2.2)В ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны некоторые параметры пьезоэлектрического преобразователя, в частности емкость преобразователя и напряжение холостого хода при различных видах деформации. Ознакомились с многочисленным классом диэлектриков, называющихся сегнетоэлектрической керамикой, в частности основным свойством которой является преобразование механического воздействия в напряжение.
2.1 Расчет напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя для деформации по толщине (ТД)
2.2 Расчет напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя для деформации по длине (ДД)
Заключение
Список использованных источников
Введение
Пьезоэлектрический эффект- явление, характеризующее возникновение электрической поляризации (индукции) под действием механических напряжений или возникновение деформации под действием электрического поля в некоторых веществах (пьезокристаллах). Если пьезоэлектрическую пластину, вырезанную определенным образом, подвергнуть действию механических напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то на ее поверхности появляются электрические заряды, обусловленные поляризацией, - это так называемый прямой пьезоэффект; при внесении такой пластинки в электрическое поле возникает ее деформация, линейно зависящая от напряженности электрического поля, - обратный пьезоэффект.
Механизм прямого пьезоэффекта объясняется возникновением или изменением дипольного момента элементарной ячейки кристаллической решетки в результате смещения зарядов под действием механических напряжений. При действии электрического поля на элементарные заряды в ячейке приходит их смещение и как следствие изменение средних расстояний между ними, т.е. деформация (обратный пьезоэффект).
Пьезоэлектрический эффект был открыт в 1880 г. братьями П. и Ж. Кюри, наблюдавшими его у кварца и некоторых других кристаллов.
Необходимое условие существования пьезоэлектрического эффекта - отсутствие у кристалла центра симметрии. Только в этом случае приложение напряжений может привести к появлению нескомпенсированного электрического заряда, т.е. к возникновению поляризации. Пьезоэлектриками являются кварц, турмалин, сенгетова соль, титанат бария и др[1].
Вывод
В ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны некоторые параметры пьезоэлектрического преобразователя, в частности емкость преобразователя и напряжение холостого хода при различных видах деформации. Ознакомились с многочисленным классом диэлектриков, называющихся сегнетоэлектрической керамикой, в частности основным свойством которой является преобразование механического воздействия в напряжение. Ознакомились с общими для всех керамик характеристиками.
Расчет напряжения холостого хода пьезоэлектрического преобразователя для нескольких видов деформации показал, что напряжение на электродах зависит не только от приложенной силы, но и от того, как эту силу прикладывают. Так же при различных видах деформации резонанс проявляется при разных частотах.
Наиболее дешевым материалом является пьезокерамика ТБ-1 (BATIO3). Отсутствие в составе летучих при бжиге компонентов и простота технологии изготовления обусловливают его широкое распространение. Большей температурной стабильностью характеристик обладают твердые растворы титанатов бария и кальция с добавкой кобальта (ТБК-3) и титанатов бария кальция и свинца (ТБКС)[4].
