№10 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСҚА ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУ

Тақырыбы: «ПЬЕЗОЭЛЕКТРЛІ ТҮРЛЕНДІРГІШТЕР»

Мазмұны:

1 Негізгі мәліметтер.......................................................................................

1.1 Пьезоэлектрлі түрлендіргіштер...............................................................

1.2 Пьезотүрлендіргіштерді қосудың сызбасы............................................

1.3 Пьезоэлектрлі түрлендіргіштің қателіктері...........................................

1.4 Пьезоэлектрлі резонатордың эквивалентті сызбасы.............................

1.5 Пьезорезонаторларды басқару әдістері..................................................

1.6 ПРД-тердің топтастырылуы....................................................................

1.7 Төменгі жиіліктегі бүгілетін пьезорезонаторлардың тензосезімтал-дығы...........................................................................................................................

1.8 Өлшеу түрлендіргіштеріндегі пьезорезонаторлардың қосылу сыз-басы............................................................................................................................

1.9 Пьезорезонансты датчиктері бар өлшеу аспаптарының құрылымы....

1.10 ПРД-тердің цифрлі аспаптарда қолданылу ерекшеліктері.................

1.11 Кварцты микроөлшеу әдісінің тәжірибе жүзіндегі қолданылуы........

2 Жұмыстың орындалу тәртібі.......................................................................

3 Бақылау сұрақтары.......................................................................................

ЖҰМЫСТЫҢ МАҚСАТЫ: пьезоэлектрлі түрлендіргіштерді оқып білу.

1. Негізгі мәліметтер

1. Пьезоэлектрлі түрлендіргіштер

Пьезоэлектрлі түрлендіргіштер кристалды диэлектрикті суреттейді. Онда кристалды торлардың зарядтарын түрлендіру үшін әртүрлі зарядталған иондар бар. Кристалл толығымен электрлі нейтралданған және қандай да бір білікке, ортаға немесе жазықтыққа қатысты симметрияға ие болады. Суретте 1 кристалының кристалды торы көрсетілген

Сурет1 - Кристалдың кристалды торы

Бағыттағы F_x әсер етуші күші кезінде кристалды тор деформацияланады, иондар арасындағы ара қашықтық өзгереді және кристалл электрленеді. Осы бағытта Х білігіне перпендикулярлы шекте заряд пайда болады:

мұндағы F_x – жұмсалған күш;

d₁₁ – пьезоэлектр модулі деп аталатын затқа және оның жағдайына тәуелді коэффициент. d байланысты көрсеткіштер кристалды білікке қатысты заряд пайда болғанда күштің және шектің бағытымен анықталады.

Сыртқы күш әсер еткендегі кристалдың электрленуі тік пьезоэффект деп аталады.

Түрлендіргіштерді өндіру үшін табиғи SiO₂ кварц кристалы мен пьезокерамика – жасанды материалдары қолданылады.

2-ші суретте кварц кристалының призматикалық бөлігі көрсетілген

Сурет2 – Кварц кристалының призматикалық бөлігі

Х білігі – электрлік, У білігі – механикалық, Z білігі – оптикалық. Кристалдан пластинка кесілінеді. Х перпендикулярлы білігінің шегінде заряд пайда болады:

мұндағы Q_x және Q_y – шектер ауданы:

Ұзартылатын пьезоэффект F_x күшінің әсерімен пайда болады.

Көлденең пьезоэффект F_y күшінің әсерімен пайда болады.

Z білігі бағытындағы күштің әсер етуі электр зарядтарын тудырмайды.

Кварцқа өтетін кернеу 10⁸ H/m² дейін. Кварцты пластиналар қысым мен күшті өлшеу үшін қолданылады.

d пьезоэлектр модулінің температурасы әрдайым 200⁰С дейін, содан кейін ол t=500⁰С дейін төмендейді, температура 573⁰С болғанда кварц өзінің пьезоэлектрлік қасиетін жоғалтады. Салыстырмалы көлемді кедергі 10¹²Ом құрайды, ε_r=4,5 - диэлектрлі өткізгіштік.

Кварц жоғарғы бірқалыптылыққа ие болады. Он жылдағы сипаттамасының өзеруі 0,05% құрайды.

Пьезокерамика домналық құруға ие болады, сондай-ақ домналар иондалған. Электр өрісі болмағанда домналарды өрістеу хаотты және кристалдар үстінде заряд болмайды, электр өрісі болғанда домналар электр өрісі бағытында өрістейді және шектерде заряд құрылады. Электр өрісін алып тастаған уақытта, домналар өздерінің бағыттарын біраз уақытқа қысқартады. Егер осы уақытта пьезокерамикаға механикалық күш жұмсалса, онда домналар өздерінің бағыттарын өзгертеді және жұмсалған күшке пропорционалды шектерде зарядтар пайда болады.

Пьезокристалл ретінде BaTiO₂ барий титанатын қолданады. Пьезоэлектрлі модуль d₃₁=8,35*10^-11 Кл/H, ε_r=1100÷1800.

Жұмсалған күштің зарядқа тәуелді болуы бірнеше сызықтыққа және гистерезиске ие болады.

Барий титанаты үшін пьезоэлектрлі қасиет 115⁰С дейін сақталады.

Кристалдарды дайындау тұрақты, бірақ тозу эффекті бар. Өрістету үшін 10⁵÷10⁶ В/м кереуіне тең электр өрісі қолданылады.

Электродтардағы кернеу түрлендіргіштің шығу шамасы болып табылады:

мұндағы q – пьезоэлектрлі заряд;

С – электродтар арасындағы сыйымдылық.

Пластина түріндегі түрлендіргіш үшін:

Түрлендіргіш шегінде пайда болған ЭҚК 1В дейін жетеді, бірақ сигнал қуаты аз және вольтметрдің кіру кедергісі арқылы зарядтың өтуіне байланысты тұрақты күшті өлшеу қиынға түседі.

Ауыспалы жүктемені өлшеу оңай.