Пьезоэлектрический Преобразователь Реферат

• Продам реферат. Инфо для студентов. Пьезоэлектрические вилочные преобразователи уровня - вибрационные датчики для любых видов жидкости.
• Характеристика измерительных преобразователей электрических величин. Пьезоэлектрический преобразователь в обычном исполнении .

Прямой и обратный пьезоэффект, его использование в науке и технике. Пьезоэлектрический эффект.

В. некоторых кристаллах поляризация может возникнуть и без внешнего поля, если. Это явление, открытое в 1. Пьером и Жаком Кюри. Чтобы. обнаружить пьезоэлектрические заряды, на грани кристаллической пластинки. При разомкнутых обкладках между ними при.

При замкнутых обкладках на них. Рассмотрим основные особенности пьезоэлектрического. Кристаллы кварца Si. O2 существуют в различных.

Введение, 1 глава Пьезоэлектрические преобразователи и пьезокерамические материалы. ПЭП – пьезоэлектрический преобразователь.

Читать курсовую работу online по теме ' Пьезоэлектрические преобразователи '. Раздел: Информатика, ВТ, телекоммуникации, Датчики контроля и.

Интересующие нас кристаллы (a- кварц). Они напоминают шестигранную призму. Три другие X1, Х2, Х3. Z и соединяют противолежащие ребра шестигранной призмы. Напротив. при сжатии или растяжении в любом направлении, перпендикулярном к оси Z. Ось Z называется оптической осью.

X1, Х2, Х3 - электрическими или пьезоэлектрическими осями. Рассмотрим. пластинку кварца, вырезанную перпендикулярно к одной из пьезоэлектрических осей.

X. Ось, перпендикулярную к Z и X, обозначим через Y (рис. Тогда. оказывается, что при растяжении пластинки вдоль оси Х на перпендикулярных к ней. АВСD и ЕFGН появляются разноименные поляризационные заряды. Такой. пьезоэлектрический эффект называется продольным. Если изменить знак деформации. Кристалл кварца. Возникновение.

Х. неравноправны, и осям Х можно приписать определенные направления (что отмечено. Это значит, что при данной деформации знак заряда зависит. Х по внешней нормали к грани или по внутренней. В отличие. от полярных осей Х1, Х2, Х3, концы оси Z совершенно равноправны и она является. Рис. Кварцевая пластинка, вырезанная перпендикулярно к пьезоэлектрической оси. Неравноправность.

Так, например, скорость химического травления. Наряду. с продольным пьезоэлектрическим эффектом существует также поперечный. Он заключается в том, что при сжатии или растяжении. Y возникает поляризация вдоль оси Х и на тех же гранях АВСD и ЕFGН. При этом оказывается, что знаки зарядов на. Y (в поперечном эффекте) такие же, как при. Х (в продольном эффекте).

Пьезоэлектрический. В ионных кристаллах вследствие. Однако эта поляризация.

При. деформации кристалла положительные и отрицательные ионы решетки смещаются друг. Это изменение электрического момента и проявляется в. Рис. Этот рисунок не соответствует фактической конфигурации. Он, однако, правильно передает симметрию. На грани A, перпендикулярной.

X1, имеются выступающие положительные заряды, а на параллельной ей грани. В - выступающие отрицательные заряды. При сжатии вдоль оси X1 (рис. При этом положительный ион 1 и отрицательный.

А и отрицательный на плоскости В) уменьшаются, что эквивалентно. А и положительного заряда на. В. При растяжении вдоль оси X1 имеет место обратное (рис. Поэтому на грани А возникает дополнительный. В - отрицательный заряд.

Рис. К объяснению пьезоэлектрического эффекта. Расчеты. в теории твердого тела в согласии с опытом показывают, что пьезоэлектрический. Так, например, элементарная ячейка кристаллов. Cs. Cl (рис. 4) имеет центр симметрии и эти кристаллы не обнаруживают. Расположение же ионов в ячейке кварца таково, что в. Элементарная ячейка кристалла хлористого цезия Cs.

Cl. Величина. вектора поляризации Р (и пропорциональная ей поверхностная плотность. Обозначим через и деформацию. X: u=Dd/d. d - толщина пластинки, а Dd — ее изменение при деформации. Тогда, например, для. P=Px=bu (2)Величина. Знак b может быть как.

Так как и безразмерная величина, то b. Р, т. е. Величина поверхностной плотности. X, равна s'=Рх. Вследствие. D внутри кристалла. В этом случае в общем определении. Р нужно понимать сумму Рe+Pu, где Pe oбусловлено электрическим.

Рu — деформацией. В общем случае направления Е, Pe и Рu не совпадают и. D получается сложным. Однако для некоторых направлений, совпадающих. Тогда для величины смещения можно написать: D=e.

E+bu. Е - напряженность электрического поля внутри кристалла, а e - . Соотношение. справедливо, например, при деформации одностороннего растяжения (сжатия) вдоль. X. Оно является одним из двух основных соотношений. Пьезоэлектрический. Пьезоэлектрические. Гораздо. сильнее, чем у кварца, они выражены у сегнетовой соли.

Сильными. пьезоэлектриками являются кристаллы соединений элементов 2- й и 6- й групп. Сd. S, Zn. S), а также многих других химических соединений. Поэтому, если на металлические обкладки. Легко. видеть, что необходимость существования обратного пьезоэффекта следует из. Рассмотрим. пьезоэлектрическую пластинку (рис. F. Если бы пьезоэффекта не было, то работа внешних сил равнялась бы.

При наличии. пьезоэффекта на пластинке появляются заряды и возникает электрическое поле. По закону сохранения энергии. F1, противодействующие. Это и есть силы обратного пьезоэффекта.

Из приведенных рассуждений. Если в обоих случаях знаки зарядов. Если при сжатии пластинки на. Связь прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов. Обратный. пьезоэлектрический эффект имеет внешнее сходство с электрострикцией.

Однако оба. эти явления различны. Пьезоэффект зависит от направления поля и при изменении. Электрострикция же не. Пьезоэффект наблюдается только в некоторых. Электрострикция имеет место во.

Если. пластинка закреплена и деформироваться не может, то при создании электрического. Его величина s. пропорциональна напряженности электрического поля внутри кристалла: s=- b. Е (4)где. - тот же пьезоэлектрический модуль, что и в случае прямого пьезоэффекта.

Минус. в этой формуле отражает указанное выше соотношение знаков прямого и обратного. Полное. механическое напряжение внутри кристалла складывается из напряжения, вызванного. Оно. равно: s=Cu- b. E (5)Здесь. С есть модуль упругости при деформации одностороннего растяжения (модуль Юнга). Формулы (5. 1. 2) и (5. При. написании формул мы выбирали u и Е в качестве независимых переменных и считали.

D и s их функциями. Это, конечно, необязательно, и мы могли бы считать. Тогда мы получили бы тоже два линейных соотношения.

Е и D, но с другими коэффициентами. В зависимости от типа. Так. как все пьезоэлектрические кристаллы анизотропны, то постоянные e, С и.

Кроме того. они зависят от того, закреплены боковые грани пластинки или свободны (зависят. Чтобы дать представление о порядке. Х и ее боковые грани свободны: e=4. С=7, 8 1. 01. 0 Н/м. Кл/м. 2. Рассмотрим. Положим, что кварцевая. X, причем. обкладки, касающиеся граней, разомкнуты.

Так как заряд обкладок до деформации. Согласно определению электрического смещения это значит. D=0. Тогда из соотношения (4) следует, что при деформации внутри пластинки. E=- (b/e. 0e)u (6)Подставляя. Cu- b(- (b/e. 0e)u)=C(1+(b. C))u. как и в отсутствие пьезоэлектрического эффекта, пропорционально деформации.

Увеличение упругой жесткости вызвано появлением добавочного. Влияние. пьезоэлектрических свойств кристалла на его механические свойства.

К2=b. 2/e. 0e. C (9)Квадратный. К) называется константой электромеханической связи. Пользуясь приведенными выше значениями e, С и b.

К2~0. 0. 1 Для всех других известных пьезоэлектрических. К2 оказывает также малым по сравнению с единицей и не превышает 0. Положим, что к граням кварцевой. X, приложено механическое напряжение 1 1. Н/м. 2. Тогда, согласно (7), деформация будет равна u=1, 3 1.

Подставляя это. значение в формулу (6), получаем . При толщине пластинки. U=Еd~3. 0 В. Мы видим, что. Применяя. вместо кварца более сильные пьезоэлектрики и используя должным образом. Пьезоэлектрический. Для этого иногда используют составные. На. рис. 6 показан двойной пьезоэлемент (составленный из двух пластинок), работающий.

Пластинки вырезаны из кристалла таким образом, что они одновременно. Если, наоборот, сжимать или растягивать. Соединение пластинок в этом пьезоэлементе соответствует. Рис. 6. Эта деталь преобразует. Но физика работы электрогитарного датчика. Пьезодатчик помещают под косточку гитары (пластинку, на которую. Это UST- датчик. Есть.

Сигнал с такого датчика будет слабее, ведь его не. Однако он имеет больше. Этот датчик называется AST (1.

Совмещение. сигналов от UST и AST дает очень сложную и интересную картину и позволяет. Однако не всегда. Пьезоэлектрические.

Пьезоэлектрики. являются обратимыми электромеханическими преобразователями, т. Преобразователи, основанные на использовании прямого. Преобразователи, основанные на использовании.

Пьезоэлектрические преобразователи . Преобразователи, основанные на использовании прямого пьезоэффекта, называют преобразователями- генераторами; они имеют механический вход и электрический выход. Преобразователи, основанные на использовании обратного пьезоэффекта, называют преобразователями- двигателями; они имеют электрический вход и механические выходы. Известно множество пьезоэлектрических устройств, основанных на использовании как прямого, так и обратного эффектов. Прямой эффект используется, например, в микрофонах, звукоснимателях, датчиках механических сил, перемещений и ускорений, бытовых зажигалках для газа и др.

Обратный эффект послужил основой для создания телефонов, громкоговорителей, ультразвуковых излучателей, реле, двигателей и т. Схематически устройство пьезотрансформатора изображено на рисунке, поясняющем, что он представляет собой пьезоэлектрический преобразователь в виде четырехполюсника, имеющего только электрические вход и выход. Пьезоэлектрический трансформатор. Действие пьезотрансформатора основано на использовании как прямого, так и обратного пьезоэффектов. Электрическое напряжение, приложенное к входным электродам пьезотрансформатора, в результате обратного пьезоэффекта вызывает деформацию всего объёма пьезоэлектрика и на выходных электродах возникает электрическое (вторичное) напряжение как следствие прямого пьезоэффекта.

В пьезотрансформаторе происходит как бы двойное преобразование энергии - электрической в механическую, а затем механической в электрическую. Как и электромагнитный трансформатор, пьезотрансформатор используют для преобразования электрического напряжения. Подбором размеров электродов и их расположения можно получать различные значения коэффициента трансформации. Пьезотрансформаторы обычно используют в резонансном режиме, при котором достигаются большие значения коэффициента трансформации (порядка нескольких сотен). Пьезотрансформаторы используют в высоковольтных источниках вторичного электропитания.

Рассмотрим в общих чертах явления, происходящие в пьезоэлектрике, для двух случаев пьезоэлектрического преобразования энергии. Пьезоэлемент (ПЭ) - тело из пьезоэлектрика определенных размеров, геометрической формы и ориентации относительно основных кристаллографических осей (или направления поляризации в случае пьезокерамики, имеющее проводящие обкладки (электроды).

Пьезоэлемент: 1 - пластина из пьезоэлектрика; 2 - электроды из проводящего матариала, наложенные на грани пластины. Таким образом, пьезоэлемент представляет собой электрический конденсатор с твёрдым (кристаллическим или керамическим) диэлектриком. Особенностью такого конденсатора является наличие пьезоэлектрических свойств у диэлектрика, заполняющего пространство между электродами.

Ниже будет показано, какое значение имеет наличие пьезоэффекта и каким образом он оказывает влияние на электрические и механические характеристики пьезоэлемента. Если пьезоэлемент используется как электромеханический преобразователь, то его ориентацию выбирают исходя из требований достижения наибольшего эффекта. Внешние силы (как механические, так и электрические), воздействующий на пьезоэлемент, могут быть как распределенными, так и сосредоточенными.

Распределенные силы позволяют достичь более эффективного преобразования. Поэтому для более эффективной поляризации объема пьэзоэлектрика используют электроды. Величина электрического заряда или возникающего при этом напряжения может быть измерена соответствующим измерительным прибором, присоединенным к электродам пьезоэлемента. Внешняя сила сообщает пьезоэлементу энергию в виде упругой деформации, которая может быть рассчитана, если известны величины воздействующей силы и жёсткость пьезоэлемента. Одновременно с деформацией пьезоэлемента на его электродах возникает электрическое напряжение. Следовательно, часть энергии, сообщаемой пьезоэлементу внешней силой, оказывается электрической и её величина может быть рассчитана, если известны электрическое напряжение на электродах и ёмкость пьезоэлемента.

Внешняя механическая сила, воздействующая на пьезоэлемент, сообщает последнему энергию W0 в виде энергии упругой деформации и энергии заряда ёмкости пьезоэлемента. Если обозначить энергию упругой деформации пьезоэлемента через Wм, а электрическую энергию заряда его ёмкости через Wэ, то полная энергия W0, сообщенная пьезоэлементу, будет равна их сумме. Как во всяком обратимом преобразователе, при этом возникает обратное действие (пьезоэлектрическая реакция), заключающееся в том, что возникшее вследствие прямого пьезоэффекта электрическое напряжение создаёт (уже в результате обратного пьезоэффекта) механические напряжения и деформации, противодействующие внешним силам. Это проявляется в увеличении жесткости пьезоэлемента. Если электрическое напряжение, возникающее вследствие пьезоэффекта, исключить, например, закоротив электроды пьезоэлемента, то обратного пьезоэлектрического действия наблюдаться не будет, следовательно, должно произойти уменьшение жесткости пьезоэлемента. Подобные же рассуждения можно сделать и для случая обратного пьезоэффекта, т.

При этом внешний источник электрической энергии сообщает пьезоэлементу энергию в виде энергии заряда ёмкости пьезоэлемента и механической энергии его упругой деформации. Здесь также имеет место обратное действие. Если воспрепятствовать деформации жестким зажатием пьезоэлемента, то можно обнаружить изменение его ёмкости. Этот факт легко наблюдается у сильных пьезоэлектриков, для слабых же, таких как кварц, изменение ёмкости невелико (около 1%).

К этому выводу легко прийти, приняв во внимание термодинамические соображения. Из теории пьезоэлектричества известно, что упругие коэффициенты пьезоэлектриков зависят от электрических условий, как и их коэффициенты диэлектрических проницаемостей зависят от механических условий. Это естественно, так как пьезоэлектричество по определению предполагает наличие связи между упругими и диэлектрическими свойствами. Поэтому описание пьезоэлектрических свойств материала невозможно без привлечения упругих и диэлектрических коэффициентов с указанием граничных механических и электрических условий.

Более полно пьезоэффект характеризует энергетический коэффициент и, называемый коэффициентом электромеханической связи (ЭМС) и определяемый отношением k = Wэ / W0 = Wм / W0, где W0 - вся приложенная к пьезоэлементу энергия, а Wэ и Wм - преобразованная (электрическая и механическая) энергия. Коэффициент ЭМС оказывается очень полезным для сравнения пьезоэлектриков, пьезоэлектрические, упругие и диэлектрические коэффициенты которых могут сущевенно различаться. Этот коэффициент различен для статического и динамического режимов преобразования, в последнем случае он зависит также от вида и моды колебания. Виктория Тест Жесткого Диска Скачать. Коэффициент ЭМС, как и пьезоэлектрические модули, зависит от направления воздействующих сил относительно кристаллографических осей кристалла. Он определяет такую существенную характеристику резонатора, как относительная ширина резонансной кривой.

Чем больше коэффициент ЭМС, тем больше относительная ширина резонансной кривой. Преобразование энергии пьезоэлектрическим элементом не можт быть полным, поэтому коэффициент ЭМС не бывает больше 1. Для так называемых слабых пьезоэлектриков, к которым принадлежат кварц, коэффициент ЭМС не превышает нескольких процентов, для сильных пьезоэлектриков, таких как сегнетова соль или пьезокерамика, он может достигать 5.