evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024282), страница 36

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 36)

Изменениеполяризациивызываетпоявлениезаряданаповерхноститела.Тело,и з г о т о в л е н н о е и з п о л я р и з о в а н н о й к е р а м и к и , п р и в о з д е й с т в и и механи­ч е с к о й с и л ы э л е к т р и з у е т с я т а к ж е , к а к и е с т е с т в е н н ы е пьезоэлектричес­кие монокристаллы.ТипичнойВаТЮз-пьезоэлектрическойЕго= ( 4 , 3 5 т 8,35)д е л а х егЮ-11К/Н;= 1 1 0 0 -г- 1 8 0 0 ;ризующийкерамикойпьезоэлектрическийвнутреннеемодульявляетсялежитвтитанатпределахбарияd31=д и э л е к т р и ч е с к а я п р о н и ц а е м о с т ь — в пре­т а н г е н с у г л а д и э л е к т р и ч е с к и х п о т е р ь , характе­удельноесопротивление,—впределахtg5== 0,3 -=- 3 % .

З а в и с и м о с т ь в о з н и к а ю щ е г о з а р я д а от п р и л о ж е н н о й с и л ыимеетнекоторуюнелинейностьигистерезис.Свойства пьезокерамикзависят также от их технологии и поляризующего напряжения.Б о л ь ш и н с т в о п ь е з о к е р а м и к о б л а д а е т д о с т а т о ч н о й т е м п е р а т у р н о й ста­бильностью. Пьезоэлектрическиес в о й с т в а с о х р а н я ю т с я в п л о т ь д о тем­п е р а т у р ы К ю р и . Д л я т и т а н а т а б а р и я о н а р а в н а 115 ° С .С т е ч е н и е м в р е м е н и п а р а м е т р ы п ь е з о к е р а м и к и с а м о п р о и з в о л ь н о из­меняются.

Старение обусловливается и з м е р е н и е м ориентации д о м е н о в .И з г о т о в л е н и е п р е о б р а з о в а т е л е й и з п ь е з о к е р а м и к и з н а ч и т е л ь н о про­ще,ч е м и з м о н о к р и с т а л л о в . К е р а м и ч е с к и е и з д е л и я д е л а ю т с я п о тех­нологии, обычной д л я радиокерамических изделий (путем прессованияи л и л и т ь я п о д д а в л е н и е м ) , н а к е р а м и к у н а н о с я т с я э л е к т р о д ы , к элект­родампривариваютсяэлектрическойвыводныеобработке.Дляпровода.электрическое поле напряженностью 10ПринципОтличиеполяризацииs— 106изделиезаключаетсяпомещаетсяввВ/м.действия пьезоэлектрического преобразователя.

Д е й с т в и епьезоэлектрического преобразователя основано на п р я м о м пьезоэффект е . О б ы ч н о о н п р е д с т а в л я е т с о б о й п л а с т и н к у и з г о т о в л е н н у ю и з пьезо­электрическогоматериала,накоторойимеютсядваизолированныхдруг от друга электрода.Взависимостиот вещества, ф о р м ы п р е о б р а з о в а т е л я и ориентациик р и с т а л л и ч е с к и х о с е й в х о д н о й в е л и ч и н о й м о г у т б ы т ь к а к с и л ы , произ­водящие деформацию144сжатия—растяжения, таки силы, производящиедеформацию сдвига. Последний в и д деформации может использоватьсявпреобразователях,имеющихвкачествевходной величины моментсилы.В ы х о д н о й в е л и ч и н о й п р е о б р а з о в а т е л я я в л я е т с я н а п р я ж е н и е н а элект­родахЕ =(4.82)q/Qгде q — п ь е з о э л е к т р и ч е с к и й з а р я д ; С — е м к о с т ь , о б р а з о в а н н а я э л е к т р о ­дами.Подставляя (4.80)в ( 4 . 8 2 ) , п о л у ч и м ф у н к ц и ю п р е о б р а з о в а н и я пьезо­электрического преобразователяЕ =(4.83)dF/C.Еслипреобразовательимеетф о р м у плоской пластины, то емкостьмежду его э л е к т р о д а м иC = ere0Q/8,где е>(4.84)— относительная д и э л е к т р и ч е с к а я проницаемость пьезоэлектриче­ского вещества;Q — п л о щ а д ь э л е к т р о д о в ; б — р а с с т о я н и е м е ж д у элект­родами.П о д с т а в л я я ( 4 .

8 4 ) в ( 4 . 8 3 ) , п о л у ч и м ф у н к ц и ю п р е о б р а з о в а н и я преоб­разователяЕ =d8F/ere0Q.(4.85)Э Д С , в о з н и к а ю щ а я н а э л е к т р о д а х п р е о б р а з о в а т е л я , д о в о л ь н о значи­т е л ь н а — е д и н и ц ы в о л ь т . О д н а к о е с л и с и л а п о с т о я н н а , т о и з м е р и т ь ЭДСт р у д н о , п о с к о л ь к у з а р я д м а л и б ы с т р о с т е к а е т ч е р е з в х о д н о е сопротив­лениевольтметра.Еслижесилапеременна,тообразуетсяперемен­н а я ЭДС, и з м е р и т ь к о т о р у ю значительно п р о щ е . Если при э т о м периоди з м е н е н и я с и л ы м н о г о м е н ь ш е п о с т о я н н о й в р е м е н и , о п р е д е л я е м о й ем­костьюпреобразователя исопротивлением утечки заряда, то процессу т е ч к и н е в л и я е т н а в ы х о д н о е н а п р я ж е н и е п р е о б р а з о в а т е л я .

П р и сину­соидальном законе изменения силыF = Fmsinu>t(4.86)ЭДС и з м е н я е т с я т а к ж е синусоидально:Е =Emsinu>t.Измерение(4.87)переменнойсилысводитсякизмерениюпеременнойЭДС и л и н а п р я ж е н и я .Схемавключения.Пьезоэлектрическийгенераторным преобразователем,преобразовательявляетсяв ы р а б а т ы в а ю щ и м Э Д С . Д л я преобра­з о в а н и я ее в п р и б о р е и м е е т с я в т о р и ч н ы й п р е о б р а з о в а т е л ь , в качестве145которогоможетслужитьвольт­метр переменного т о к а , проградуированныйввеличины.единицах измеряемойПосколькувольтметрд о л ж е н и м е т ь б о л ь ш о е в х о д н о е со­противление,используютсяэлект­ронные вольтметры.Упрощеннаяэ к в и в а л е н т н а я схе­м а п ь е з о э л е к т р и ч е с к о г о преобразо­вателя,соединенноговольтметром,4 .

2 2 , а. На э т о й с х е м еРис. 4.22.веннаяCi—суммарнаяусилителяиемкостьдругихемкостьсоединительногоемкостей,сС — собст­преобразователя;кабеля,шунтирующихкабелемпредставлена на рис.входвходной емкостиусилителя;Rвходное сопротивление усилителя. Сопротивления утечки пьезоэлементаисопротивление у т е ч к и к а б е л я м о г у т рассматриваться на эквивалент­ной схеме к а к составляющие сопротивления R. Входным напряжениемусилителянаявляетсяпадениепреобразовательсимволическийЕ=напряжениядействуетметод,насопротивлениисинусоидальнаявыражение(4.83)сила,можното,R.Еслииспользуяпереписатьввиде(4.88)dF/C,гдеЖi tFme " ;E==E j "t(4.89).Из с х е м ы 4.22, а следуетЕU =\\jUC= Е+W/jtoCOHR+I//C0C1)R+1//С0С!JGJRC(4.90)1 + JGjR (С + C i )Выражение (4.90)разованияп р е д с т а в л я е т с о б о й к о м п л е к с н у ю ф у н к ц и ю преоб­эквивалентнойсхемыпьезоэлектрическогопреобразовате­л я , подключенного к усилителю.

Из него м о ж н о определить комплекс­н у ю чувствительность и л и к о м п л е к с н ы й к о э ф ф и ц и е н т передачи*СМ = Жt = R(C+C1)где= [С/ ( С + С , ) ]—постоянная0ыг/(1 + /ыг)],(4.91)времени.Модуль чувствительности, или просто чувствительность, схемыS(oS)146=\K(jcS)\=[С/(С +CT)][ыгА/1+(ыг)*].(4.92)4Это в ы р а ж е н и е п о к а з ы в а е т з а в и с и м о с т ь ч у в с т в и т е л ь н о с т и о т часто­тыия в л я е т с я ч а с т н о й х а р а к т е р и с т и к о й п р е о б р а з о в а т е л я , подключен­ногокусилителю.Графикчастотнойхарактеристикипоказаннарис.

4.22, б. Частотная х а р а к т е р и с т и к а м о ж е т быть представлена в видедвух сомножителей5 (со)= 5(°°Мсо).(4.93)П е р в ы й из них п р е д с т а в л я е т собой чувствительность при очень б о л ь ш и хч а с т о т а х и не з а в и с и т от ч а с т о т ы , т а к к а к п р и со -*• °°5 (со) -»> С / ( С + d ) .(4.94)Второй сомножитель v(co)ванную характеристику. Он= cor/\/l + ( w )2определяет нормиро­п о к а з ы в а е т о т н о с и т е л ь н о е и з м е н е н и е чув­ствительности п р и изменении частоты.Из ( 4 .

9 2 ) в и д н о , что 5 = 0, п р и со = 0, т . е . п ь е з о э л е к т р и ч е с к и е преоб­разователи н е п р и м е н и м ы д л я измерения статических напряжений.П о л у ч е н н ы е в ы р а ж е н и я с п р а в е д л и в ы н а с р е д н и х и н и з к и х час т о т ах,т.е.

в т е х с л у ч а я х , к о г д а в н у т р е н н е е с о п р о т и в л е н и е п ь е з о э л е м е н т а м о ж н озаменить эквивалентной емкостью.Пьезоэлемент обладает некоторой упругостью и массой и являетсяколебательнойляютсянасистемой.высокихствительностинаРезонансныес в о й с т в а э т о й с и с т е м ы прояв­частотах. Резонанс п р и в о д и т квысокихчастотах.Приещеповышениюбольшемчув­увеличениичастоты чувствительность падает.Погрешность п ь е з о э л е к т р и ч е с к о г о п р е о б р а з о в а т е л я .

Рабочей областьючастот я в л я е т с я о б л а с т ь , в к о т о р о й ч у в с т в и т е л ь н о с т ь о с т а е т с я постоян­ной.онаС в е р х у эта о б л а с т ь о г р а н и ч е н а р е з о н а н с о м п ь е з о э л е м е н т а . С н и з уопределяетсясвойствДлявусилениязователяпостояннойобласти нижнихвыходногоприменяютвремениможетт.усилители11сДляулучшения частотныхт = R(C + Сг).нужно увеличиватьнапряжениясопротивлением (не менее 10нойвременичастотпьезоэлектрическогомаксимальнопреобра­возможным входнымО м ) . Д а л ь н е й ш е е у в е л и ч е н и е постоян­п р о и с х о д и т ь п р и у в е л и ч е н и и С\;для этого входу с и л и т е л я ш у н т и р у е т с я д о п о л н и т е л ь н ы м к о н д е н с а т о р о м .

О д н а к о вклю­чениеэтогочастотах Sконденсатора(°°)уменьшаетчувствительностьприбольшихи т р е б у е т у в е л и ч е н и я к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я усилите­л я . В с х е м е , р а с с м о т р е н н о й в ы ш е , п о с т о я н н а я в р е м е н и т = R (С + Ct)о б ы ч н о не п р е в ы ш а е т1с. И с п о л ь з о в а н и е о п е р а ц и о н н ы х у с и л и т е л е й со б р а т н ы м и с в я з я м и п о з в о л я е т с о з д а в а т ь п р и б о р ы , у к о т о р ы х постоян­н а я в р е м е н и достигает значений 10—100 с.В е р х н я я частота р а б о ч е г о д и а п а з о н а о п р е д е л я е т с я у в е л и ч е н и е м чув­с т в и т е л ь н о с т и в с л е д с т в и е м е х а н и ч е с к о г о р е з о н а н с а .

О н а д о в о л ь н о вы­с о к а . И м е ю т с я п р е о б р а з о в а т е л и с в е р х н е й ч а с т о т о й р а б о ч е г о диапазо­на 8 0 к Г ц .147В измерительной цепи внешними электромагнитными п о л я м и можетн а в о д и т ь с я п а р а з и т н а я Э Д С . Эта п е р е м е н н а я Э Д С с о з д а е т п о г р е ш н о с т ь .Д л я з а щ и т ы о т п о л е й и з м е р и т е л ь н а я ц е п ь э к р а н и р у е т с я и д а т ч и к соеди­няетсясвторичнымпреобразователемс помощьюэкранированногок а б е л я . О д н а к о нестабильность параметров к а б е л я , например изменениее г о е м к о с т и , о б у с л о в л е н н о е и з г и б о м , в ы з ы в а е т и з м е н е н и е чувствитель­ности в соответствии с ф о р м у л о й (4.94) и вносит погрешность.Приизгибахкабеляонможетрасслаиваться.Н а р а с с л о е н н ы х по­в е р х н о с т я х в с л е д с т в и е т р е н и я о б р а з у ю т с я э л е к т р и ч е с к и е з а р я д ы .

Пере­мещениезаряженныхприводиткповерхностейпоявлениюнекоторойподдействиемпеременнойобусловленная вибрацией кабеля, можетбытьвибрацииЭДС.кабеляПогрешность,значительно уменьшенап р и м е н е н и е м специальных а н т и в и б р а ц и о н н ы х кабелей."Нестабильностьниемвлажностиизмерительнойвоздухаилицепирезкимможетбытьв ы з в а н а повыше­изменениемеготемпературы.При э т о м происходит увлажнение и з о л я ц и и , что приводит к уменьшениюсопротивлениявызываетRвэквивалентнойизменениесхеме рис.чувствительностии4 . 2 2 , а.Изменение Rдополнительнуючастотнуюпогрешность.Изменениетемпературыпьезоэлементавызываеттакжеизменениее г о п ь е з о э л е к т р и ч е с к о г о м о д у л я и ч у в с т в и т е л ь н о с т и .

Н а и б о л е е стабиль­ным пьезоэлектрическим материалом является кварц.Погрешностьшенствомпреобразователяможетбыть вызвана такженесовер­п ь е з о э л е к т р и ч е с к и х м а т е р и а л о в : г и с т е р е з и с о м характеристи­ки и ее нелинейностью.Е с л и в п р е о б р а з о в а т е л е д е й с т в у ю т с и л ы , п е р п е н д и к у л я р н ы е о с и чув­ствительностипьезоэлемента,товозможнапогрешность,обусловлен­ная поперечным пьезоэффектом.4.2.5.

Характеристики

Список файлов книги