Реферати українською » Наука и техника » Прямий і зворотний п'єзоефект, його використання в науці і техніці


Реферат Прямий і зворотний п'єзоефект, його використання в науці і техніці

Предыдущая страница | Страница 2 из 2
і зворотного ефектів. Прямий ефект використовується, наприклад, в мікрофонах,звукоснимателях, датчиках механічних сил, переміщень і прискорень, побутових запальничках для газу та ін. Зворотний ефект послужив основою створення телефонів, гучномовців, ультразвукових випромінювачів, реле, двигунів тощо. п.

Відомі й знайшли практичне застосування п'єзоелектричні перетворювачі - п'єзоелектричні трансформатори (скороченопьезотрансформатори). Схематично пристрійпьезотрансформатора зображено малюнку,поясняющем, що він являє собою п'єзоелектричний перетворювач якчетирехполюсника, має лише електричні вхід і вихід.

 

>Рис. 7Пьезоелектрический трансформатор

Діяпьезотрансформатора грунтується на використанні як прямого, і зворотногопьезоеффектов. Електричне напруга, прикладене до вхідним електродахпьезотрансформатора, внаслідок зворотногопьезоеффекта викликає деформацію всього обсягупьезоелектрика і вихідних електродах виникає електричне (вторинне) напруга як наслідок прямогопьезоеффекта. Упьезотрансформаторе відбувається хіба що подвійне перетворення енергії - електричної в механічну, та був механічної у електричну. Як багато і електромагнітний трансформатор,пьезотрансформатор використовують із перетворення електричної напруги.Подбором розмірів електродів та його розташування можна одержувати різні значення коефіцієнта трансформації.Пьезотрансформатори зазвичай використав резонансному режимі, у якому досягаються великі значення коефіцієнта трансформації (порядку кілька сотень).Пьезотрансформатори використав високовольтних джерелах вторинного електроживлення.

Розглянемо загалом явища, які упьезоелектрике, обох випадків п'єзоелектричного перетворення.

 

>Пьезоелемент (>ПЭ) - тіло зпьезоелектрика певних розмірів, геометричній форми і орієнтації щодо основних кристалографічних осей (чи поляризації у разіпьезокерамики, має проводять обкладки (електроди).

>Рис. 8Пьезоелемент: 1 - пластина зпьезоелектрика; 2 - електроди з яка проводитьматариала, накладені за межею пластини

Отже,пьезоелемент є електричний конденсатор з твердим (кристалічним чи керамічним) діелектриком. Особливістю такого конденсатора служить наявність п'єзоелектричних властивостей удиелектрика, що заповнює простір між електродами. Нижче буде показано, яке має наявністьпьезоеффекта і як впливає на електричні і механічні характеристикипьезоелемента. Якщопьезоелемент використовують як електромеханічний перетворювач, його орієнтацію вибирають з вимог досягнення найбільшого ефекту. Зовнішні сили (як механічні, і електричні), яка впливає напьезоелемент, може бути як розподіленими, і зосередженими.Распределенние сили дозволяють досягти ефективнішого перетворення. Тож ефективнішою поляризації обсягупьезоелектрика використовують електроди, . що покривають усю площу гранейпьезоелемента, а створення рівномірно розподіленого механічного напруги - накладки з пружного матеріалу, добре що прилягають до гранямпьезоелемента і змінюють зовнішні зосереджені сили у розподілені.

Зовнішня сила викликає деформаціюпьезоелемента, його поляризацію і на електродах протилежних електричних зарядів. Розмір електричного заряду чи виникає у своїй напруги то, можливо виміряти відповідним вимірювальним приладом, приєднаним до електродахпьезоелемента. Зовнішня сила повідомляєпьезоелементу енергію як пружною деформації, яка то, можливо розрахована, якщо відомі величинивоздействующей сили тажесткостьпьезоелемента. Поруч із деформацієюпьезоелемента з його електродах виникає електричну напругу. Отже, частина енергії,сообщаемойпьезоелементу зовнішньої силою, виявляється електричної і її величина то, можливо розрахована, якщо відомі електричну напругу на електродах іемкостьпьезоелемента.

Зовнішня механічна сила, впливаюча напьезоелемент, повідомляє останньому енергіюW0 як енергії пружною деформації і зарядуемкостипьезоелемента. Якщо позначити енергію пружною деформаціїпьезоелемента черезWм, а електричну енергію заряду йогоемкости черезWе, то повна енергіяW0, повідомленапьезоелементу, дорівнюватиме їх сумі. Як у кожномуобратимомпреобразователе, у своїй виникає зворотне дію (>пьезоелектрическая реакція), що полягає у цьому, що внаслідок прямогопьезоеффекта електричну напругу створює (вже у результаті зворотногопьезоеффекта) механічні напруження і деформації, які протидіють зовнішнім силам. Це виявляється у збільшенні жорсткостіпьезоелемента. Якщо електричну напругу, виникає внаслідокпьезоеффекта, виключити, наприклад,закоротив електродипьезоелемента, то зворотного п'єзоелектричного дії спостерігатися нічого очікувати, отже, має відбутися зменшення жорсткостіпьезоелемента.

Схожі міркування можна зробити й у випадку зворотногопьезоеффекта, т. е. напьезоелемент зовнішньої електричної сили. У цьому зовнішній джерело електричної енергії повідомляєпьезоелементу енергію як енергії зарядуемкостипьезоелемента і механічної енергії його пружною деформації. Тут також має місце зворотне дію. Якщо перешкодити деформації жорсткимзажатиемпьезоелемента, можна знайти змінаемкости. Це легко практикується в сильнихпьезоелектриков, для слабких ж, як-от кварц, змінаемкости невелика (близько 1%). До цього висновку легко прийти, прийнявши до увагитермодинамические міркування. З теоріїпьезоелектричества відомо, що пружні коефіцієнтипьезоелектриков залежить від електричних умов, як та його коефіцієнти діелектричнихпроницаемостей залежить від механічних умов. Це природно, оскільки п'єзоелектрика з визначення припускає наявність зв'язок між пружними і діелектричними властивостями. Тому опис п'єзоелектричних властивостей матеріалу вимагає залучення пружних і діелектричних коефіцієнтів із зазначенням граничних механічних і електричних умов.

Більше повно п'єзоефект характеризує енергетичний коефіцієнт і, званий коефіцієнтомелектромеханической зв'язку (ЕМС) і визначається ставленнямk =Wе /W0 =Wм /W0, деW0 - вся прикладена допьезоелементу енергія, аWе іWм - перетворена (електрична і механічна) енергія. Коефіцієнт ЕМС виявляється дуже корисним порівнюватипьезоелектриков, п'єзоелектричні, пружні і діелектричні коефіцієнти яких можутьсущевенно різнитися. Цей коефіцієнт різний для статичного і динамічного режимів перетворення, щодо останнього вони залежать також від виду та моди коливання. Коефіцієнт ЕМС, як і п'єзоелектричні модулі, залежить від напрямку які впливають сил щодо кристалографічних осей кристала. Він визначає таку істотну характеристику резонатора, як відносна ширина резонансної кривою. Чим більший коефіцієнт ЕМС, то більше вписувалося відносна ширина резонансної кривою. Перетворення енергіїпьезоелектрическим елементом неможт бути повним, тому коефіцієнт ЕМС немає більше 1. Для про слабкихпьезоелектриков, до яких належать кварц, коефіцієнт ЕМС вбирається у кількох відсотків, для сильнихпьезоелектриков, як-отсегнетова сіль чипьезокерамика, може досягати 50 ...90%.

Різні сфери застосування:

Патент СШАN3239283. Американські винахідникиДж.Броз іВ.Лаубердорфер розробили конструкцію підшипника, у якому тертя знищується вібрацією, але на її створення непотрібен спеціальних механізмів.Втулки підшипника виготовляються з п'єзоелектричного матеріалу. Струм змушуєпьезоелектрик стискатися і розширюватися, створюючи вібрацію, яка нищить тертя.

Установка на реактивні літакипьезопреобразователей дозволяє заощаджувати мало не третину палива, що розвиток електроенергії, отже, дозволяє дальність польоту. Тут у електроенергію безпосередньо перетворюються вагання і вібрація фюзеляжу і крил.

Фірма "Філіпс" успішно розробляє ідею п'єзоелектричного приводу для механізмів малої потужності. Зокрема, нею створено світлофор, батареї якого заряджаються від шуму автомобілів на перехресті.

Кажуть з приводу створеннязвукоизолирующих перегородок багатоквартирних домок зпьезоелектриков. Тут подвійний ефект і поглинання шуму, і вироблення електроенергії, скажімо, для обігріву квартир.

>Пьезоелектрическаяструйная печатку.Пьезоелектрические струменеві голівки для принтерів розробив сімдесятих роках. У багатьох таких принтерів надлишкове тиск у камеру зі чорнилом створюється з допомогою диска зпьезоелектрика, який змінює свою форму (вигинається) під час підбиття щодо нього електричного напруги.Вигнувшись, диск, який є одній з стінок камери з чорнилом, зменшує її обсяг. Під впливом надлишкового тиску рідкі чорнило вилітають з сопла як краплі.

>Пьезоелектрический мікрофон, сконструйований радянськими вченими З. М.Ржевкиним й О. І. Яковлєвим в 1925 року, має у ролі датчика звукового тиску платівку з речовини, який володієпьезоелектрическими властивостями. Звукові хвилі падають напьезокристалл мікрофона і стискають його. З допомогоюпьезокристалла відбувається перетворення енергії звукових хвиль в слабкий електричний струм. Цей короткий струм потім надходить на підсилювач, що робить його достатньо сильним, щоб забезпечити нормальну роботу гучномовця. Праця у ролі датчика тиску дозволила створити першігидрофони та не записатисверхнизкочастотние звуки, характерні для морських мешканців.

>Зажигалка побутовапьезоелектрическаяЗП-1 ">Толне".Зажигалка варта запалювання газу пальниках побутових газових приладів. Джерелом отримання іскри єпьезоелемент. Натисканням на клавішу зусилля стискування передається напьезоелементи, у результаті відбуваєтьсяискрообразование між контактами, розташованими всередині металевої насадки, надітій на подовжений кінець п'єзозапальнички. Іскра, яка запалює газ, утвориться як мінімум при натисканні на клавішу, і при відпусканні її.

>Пьезоелектрические випромінювачі застосовуються для генерування ультразвуку з частотами до 50 МГц. Основним елементом п'єзоелектричного випромінювача є платівка зпьезоелектрика, яка здійснює внаслідок зворотного п'єзоелектричного ефекту змушені механічні коливання в перемінному електричному полі.

Список літератури

“Електрика” С.Г. Калашніков, Москва,1977г.

“>Электротехнические матеріали” Ю.В.Корицкий, Москва, 1968 р.

“>Радиопередающие устрою” Г.А.Зейтленка, Москва, 1969 р.

>terralab/299680/?r1=rss&r2=remote;

>b-band/pieza.html;

>ru.wikipedia.org;

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайтуreferat/


Предыдущая страница | Страница 2 из 2

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Атоми і молекули
    Про те, що це суще складається з частинок, знали ще стародавні греки. Близько 420 р. до зв. е.
  • Реферат на тему: Стану речовини
    >Замерзание (затвердіння) - це перехід рідкого чи розплавленого речовини в тверде стан. Кипіння це
  • Реферат на тему: Біологія в школі, наука та ідеологія
    >Вертьянов З. Ю. Проблеми змісту сучасного шкільної освіти викликають дедалі більше особливу
  • Реферат на тему: Ймовірне - очевидне?
    >Колчуринский М. Ю. >Особливо потрібне знання математично-природничої грамотності, оскільки у час
  • Реферат на тему: Концепція антропологічної домірності
    >Курашов У. І. Осмислення дерев'яної архітектури, особливо дерев'яного житла, привела

Навігація