Методы определения пьезоэлектрических констант пьезоэлектриков

Актуальность работы. Для определения констант пьезокерамики используется косвенный способ. Экспериментально измеряются значения набора резонансных и антирезонансных частот определённых мод колебаний образцов определённой формы и с определённым соотношением геометрических размеров. Одни константы вычисляются исходя из совместимости различных форм пьезоэлектрических определяющих соотношений, другие — по приближённым формулам, полученным, как правило, в одномерном приближении. При косвенном способе невозможно проверить правильность применяемых формул, а следовательно, и корректность методики определения констант. Цель работы – исследовать методы определения пьезоэлектрических констант пьезоэлектриков. Задачи: - рассмотреть основные понятия пьезоэлемента; - описать пьезоэлектрический элемент и преобразователь колебаний с пьезоэлектрическим элементом; - описать методику определения констант поляризованной пьезокерамики; - показать метод измерения константы электромеханической связи пьезоэлектрического материала. Объект исследования – пьезоэлектрики. Предмет исследования – методы определения пьезоэлектрических констант. Методы исследования – анализ, обобщение полученной информации. Структура работы состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы.  

В результате проделанной работы решены следующие задачи: рассмотрены основные понятия пьезоэлемента; описан пьезоэлектрический элемент и преобразователь колебаний с пьезоэлектрическим элементом; описана методика определения констант поляризованной пьезокерамики; показан метод измерения константы электромеханической связи пьезоэлектрического материала. Для анализа работы пьезокерамических чувствительных элементов различных приборов необходим полный набор электроупругих модулей: пять упругих, три пьезоэлектрические и две диэлектрические константы. Для определения полного набора электроупругих постоянных известными методами необходимы измерения характеристик трех типоразмеров: стержней, пластин или дисков с колебанием по толщине и пластин, работающих на сдвиг. Главные недостатки данного метода: сложно определить (измерить) на измерительном стенде частоты «антирезонанса» для высокочастотных колебаний; для поляризации стержней с межэлектродным расстоянием порядка 10–20 мм часто требуются электрические напряжения до 100–200 кВ; необходима дополнительная проверка совместимости значений полного набора электроупругих констант путем сравнения значений коэффициента связи kt,, измеренного из толщинных колебаний и определенного расчетным путем по результатам измерений на образцах виде стержней; при колебаниях сдвига, края пластины необходимо «демпфировать вязким материалом (жидкость, резина, клей и др.). В силу того, что константы пьезокерамических материалов (ПКМ) определяются на различных образцах, они (константы) могут считаться совместимыми только при устранении вышеперечисленных недостатков. Однако большинство экспериментальных данных свидетельствует о существенной неоднородности физических свойств ПКМ, возникающей в процессе спекания и поляризации пьезоэлементов, имеющих различные геометрические формы.

1. Арзамасов, В.Б. Материаловедение: Учебник / В.Б. Арзамасов. - М.: Academia, 2019. - 224 c. 2. Богодухов, С.И. Материаловедение: Учебник / С.И. Богодухов, Е.С. Козик.. - Ст. Оскол: ТНТ, 2017. - 536 c. 3. Волков, Г.М. Материаловедение: учебник. 2 изд / Г.М. Волков. - М.: Academia, 2017. - 416 c. 4. Вологжанина, С.А. Материаловедение: Учебник / С.А. Вологжанина. - М.: Academia, 2018. - 440 c. 5. Габриэлян, Г.Г. Материаловедение. / Г.Г. Габриэлян. - М.: КноРус, 2017. - 240 c. 6. Гадалов, В.Н. Материаловедение: Учебник / В.Н. Гадалов, Д.Н. Романенко, С.В. Сафонов. - М.: Инфра-М, 2017. - 336 c.