Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 107
Текст из файла (страница 107)
еи ч„ кх т (х) = т е!и— е и П р и м е ч а н н е. М вЂ” полная масса пре«бразоватедя; е — скорость колебаний; упругие ' податзивости при постоянной напряженности эдектрнческого поля, е' и ез— и зангатого пьезоэдеиента, Кз« вЂ” коэффициент электромеханической свяви; ем — пьеваэлем сти при постоянной напряженности электрического поля; 1 и 1 — функции Бесселя (-го и Виц пьезоэлектрических преобразоветедей ЙЙ~58ЯР': Низкие частоты ")=- -( — — ) 2х Область реаонавса кх е (х) = э„ соэ— Первый резонанс ,1, (2,05«/о) ,), (2 05) Второй резонанс 1,(5,28 «(е) 1«(5,28) э («) = е ((,04 ° 1, (2,2«)е)— — 0,04 ° 1 (2,2 «)аД д зз Б„ «!'„ в е* э* См 26 - — ' и ) Яп 26 -8- ! Ям 2И 6 Я (6 Я„ 6 Я„ 8ла — ' 6« Я„ п6! Яч 1! Як -)- Я, е! «(„ 4 Як+Я„ характеристики м,„, и'ЬС В з ! — — К„ СС' М 0,9 М 3,2лЬЯ„ 0,97 М тзкЬЯп 24Р 8*„— Я*к 0,5 М и'ЬП Як 221 Яп рнческие модули, 8 (илипа)— е проницаеиости свободного оиинак, ф— модуль упругозетстзекно.
м 2 Я вЂ” пьезоелект дианектрически трическак пост 2-го рода аоот С 8„ 2Ы 28„ и'ы 2 8п! пчп о. 9„ 2 2пЬС е Яы 2ны 8„-1- Я,з ВнС ла П. п. — излучателя — величияой: Еид — — Пк — ЕЯ188(Š— напряженность электрич. поля, с) и ол — соответствующие пьезомодуль и упругая постоянная материала).
Кпд П. и. существенно зависит от величины сопротивления нагрузки гн, на к-рую работает преобравователь, и от величин ыехаиич. г„п и электрич. Ееп сопротивлений преобразователя, к-рые определятотся соотношениями: 'ип == о'Месса)чСнех Взп — 17'"Сзх'18 В где б — угол дивлектрич. потерь вП. п. При наиболее распространенных условиях использования П. и, кпд может иметь величину 40 — 70ссе.
Максимальная мощность, к-рую может развивать П. и., ограиичивается величинами допустимых напряженностей электрич.поля Едро и мехавич. дииамич. иапрнжеиии одоп (поскольку о — одоп) в П. п., а также его разогревом. Для увеличении динамич. прочности П. п. упрочияют путем создания в иих механич. напряжений сжатия, что, напр., на стержневых преобразователях ив ньезокерамики достигается с помощью стяжпого болта (рис. Я). Значения напряжений сжатия при такой стяжке определяютсн как пьезоиатериалом, свойства к-рого ие должны существенно ивмеиятьсн, так и конструкцией П. и. Величины ограничивающих факторов существенно зависят от выбора материала и от уровня техиологии ивготовленил П.
и. У современных П. п. из керамики ТБК-3 они достигают: Еноп 2 10з В)ы, одоп 7'107 Н)мз для песклеевиых пьезозлеиентов, одод 35 10 Н751 при упрочпеиии поджатием с и =. ад „. Интенсивность излучения в воду пьеэокераъшч. преобравователей наиболее распространенного типа в диапазоне частот — 10 кГц может достигать 5— 10 Вт)смз, чувствительность широкополосных гидрофопов из пьезокерамики в килогерцевом диапавоие состанляет 100 — 200 мкВс'Па. Лисах Г у т ин Л. Я., Избр. труды, м., 1977; сризнческан акустика, под ред.
У. Мазона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 19ВВ; Х а р к е з ич А. А., теории йреобразоэателеа, М. — Л., 1948; Ультразеукоаыа преобразователи. пер. с англ., М., 1972. Б. С. Арокое, Р. 8. Яасккзое, 286 пъазоэлактги'гистпо ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВΠ— возникновение электрич. полярпаации (иадукции) под действием мехаиич. напряжений или воаяикиовепие деформации под действием электрич. поля в яек-рых апиаотропяых диэлектриках и полупроводииках. Если пьеаоэлектрич. пластиику, вырезанную определенным образом (см. Пьезоэлемент), подвергнуть действию мехаяич. напряжений (сжатию, растяжению, сдвигу), то иа ее поверхности появляются алектрич. заряды, обусловленные поляриаацией, — т. в.
прямой пьеаозффект; а при впесепии пластинка в электрич. поле воакикает деформация, линейно аависящая от папряжбивости электрич.полн, — обратный пьезоэффект. Механизм пьеаоэффекта объясняется возникновением или изменением дизельного момента элемеятарвой ячейки кристаллич. решетки в реаультате смещения зарядов под действием механич. напряжений (прямой пьезоэффект). При действии электрич. поля па элементарные заряды в ячейке происходит их перемещевае и как следствие — иамеяепие средних расстояний между ними, т.
е. деформация (обратный пьезоэффект). Пьезозлектрич. эффект был открыт в 1880 П. и Ж. Кюри, наблюдавшими его у кварца и нек-рых др, кристаллов. Известио более 1500 соединений, обладающих пьезоэлектрич. эффектом. Необходимое условие существования пьезоэлектрич. аффекта — отсутствие у кристалла центра симметрии. Только в атом случае приложение мехаикч. напряжений может привести к появлению яескомпеясирозаииого злектрич. заряда, т. е. к зозиикновеиию поляризации. В ряде сложных кристаллич. структур алектрич.
заряды располагаются столь несимметрично, что даже в отсутствии впешпих воадействий вцеитры тяэкестиэ положительиых и отрицательных аарядов ие совпадают, т. е. кристаллы самопроизвольно (споптаиио) поляризоваиы. Такие диэлектрики паз. пироэлектриками (см. Пирээлектричевтвэ), Деформация же под действием электрич. поля наблюдается у всех веществ, независимо от симметрии. Поатому обратвый пьеаоэффект яеобходимо отличать от элвктрэстрикиии, к-рая имеет место у всех диэлектриков и, в частности, у кристаллов с центром симметрии. Все кристаллы по свойствам симметрии разделены па 32 класса, из пих кристаллы 20 классов не имеют центра симметрии и являются пьеаозлектриками; в это число входят 10 классов пироэлектриков (напр., диэлектрик турмалин), в частности сегяетоалектрики (напр., титанат бария, ссгяетова соль, дигадрофосфат калия), обладающие, как правило, наиболее сильао выраженным пьезоаффектом.
Пьеаоэлектрич. эффект наблюдается также у век-рых полупроводников, иапр. у сегиетоэлектрика— сульфоиодида сурьмы и пьеаоэлектрика — сульфида кадмия. Однако у кристаллов с достаточно высокой электропровадиостью наблюдение и использование пьеаозффекта аатруднеиы из-за быстрой компенсации воаяикающих в пих зарядов свободными электронама или ионами или невозможностью соаданин по аналогичной причине деформирующего кристалл электрического поля. Следует различать естественный пьезоэффект, к-рый наблюдается у нек-рых мояокристаллов (яапр., у кварца, турмалияа, сегпетовой соли), и искусственпый пьезозффект, к-рыи может быть создан у яек-рых диэлектриков в результате образования т.
и. пьезоэлектрич. текстуры, т, е. полярной апиаотропииэ достигаемой специальиой обработкой злектрич. полем (аапр., поляриаоваявые поликристаллич. сегяетоэлектраки— иьвзэквраэзика и диэлектрики — электреты) или мехапич, обработкой (напр., древесина с определенным обрааом ориентированными волокиами).
Наиболее сильный пьезоэффект имеет место у век-рых мояокристаллов и у пьезокерамики; именно эти пьезоэлектрики широко используются в различных областях техники для возбуждеиия и приеыа акустич. колебаний, в электромехааич. фильтрах, пьечотрансформаторах и т. д. (сы. Пэезэзлвктричввкив првэбразэваизвли). При расчете большинства устройств, работающих иа основе пьезоэлектрич. эффекта, пьеаоэлектрич. свойства диэлектриков и полупроводников выражаются обычно в виде липейяой обратимой свяаи между компонентами теизоров мехапич. напряжений и или деформаций и, с одной стороны, и составляющими векторов электрич. поляризации р (ипдукции л)) или алек- ПЬИЗОЭЛИКТРИЧКСТВО трич. поля Š— с другой.Феиомеиологич. теория П.
основывается иа представлениях об изменении термодиыамич. состояния кристаллич. тела в результате внешних воздействий — приложения мехаиич. иапряжеяий, электрич. полей и измеыеыия темп-ры. При этом ур-ыия пьезоэффекта получаются из условий равиовесин кристалла, т. е. минимумов соответствующих термодиыамич.
потенциалов, определяющих обратимые процессы, к-рые происходят в кристалле ири иамеиеыии внешних условий. Зти термодиыамич. потенциалы представляются в виде разложеиия в степеыыые ряды по соответствующим иезависимым переменным: составляющим вектора электрич. поля Ег или поляризации Р; и компонентам теваоров деформациг» иа или мехаыич. ыапрнжеиия аь (1 = 1,2,3 или»=х у з; Ь=1, ..., 6 или Ь = — хх, уу, ы, у«, х«, ху). Ограиичиваясь в разложении членами порядка ые выше Р,Р;, Е;Е, аьоь, одРО иаиь., иаЕг и т. д., получают 8 ур-ыий пьезоэффекта, к-рые в матричной форме имеют вид' (= а =С«и — Ь»Р (1, а) Е= — Ьи+«)"Р (1, б) ( == а =С«и — е«Е (2, а) Р = си+ учЕ (2, б) + у»Р (3, а) Е = — ба+ ч'Р (3, б) и = Е«а+»)»Е (4, а) Р= ба+1'Е (4, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
