- •Кафедра электронных систем и устройств Реферат на тему:
- •История развития пьезоэлектричества.
- •2. Природа пьезоэффекта
- •3. Устройство пьезодатчиков
- •4. Чувствительность пьезодатчика и требования к измерительной цепи
- •5. Классификация пьезоэлектрических датчиков
- •6. Параметры и характеристики пьезокерамических материалов и элементов.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени академика С.П. КОРОЛЕВА.
Радиотехнический факультет.
Кафедра электронных систем и устройств Реферат на тему:
“Пьезоэлектрические датчики”
Выполнил: студент группы 5105 Нефедов Юрий Николаевич
Принял: к.т.н доцент Медников Валерий Александрович
доцент Меркулов Анатолий Игнатьевич
Самара, 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3
1. История развития пьезоэлектричества……………………………………….. 4
2. Природа пьезоэффекта………………………………………………………… 6
3. устройство пьезодатчиков……………………………………………………. 9
4. Чувствительность пьезодатчика и требования к измерительной цепи……. 10
5. Классификация пьезоэлектрических датчиков……………………………… 11
6. Параметры и характеристики пьезокерамических
материалов и элементов…………………………………………………………13
заключение …………………………………………………………………. 14
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………… 15
ВВЕДЕНИЕ
Пьезоэлектрический эффект (сокращенно пьезоэффект) наблюдается в анизотропных диэлектриках, преимущественно в кристаллах некоторых веществ, обладающих определенной, достаточно низкой симметрией. Пьезоэффектом могут обладать кристаллы, не имеющие центра симметрии, а имеющие так называемые полярные направления (оси). Пьезоэффектом могут обладать также некоторые поликристаллические диэлектрики с упорядоченной структурой (текстурой), например керамические материалы и полимеры. Диэлектрики, обладающие пьезоэффектом, называют пьезоэлектриками.
Пьезоэлектрики являются обратимыми электромеханическими преобразователями, т. е. способны преобразовывать механическую энергию в электрическую и, наоборот, электрическую энергию в механическую. Преобразователи, основанные на использовании прямого пьезоэффекта, называют преобразователями-генераторами; они имеют механический вход и электрический выход. Преобразователи, основанные на использовании обратного пьезоэффекта, называют преобразователями-двигателями; они имеют электрический вход и механические выходы. Известно множество пьезоэлектрических устройств, основанных на использовании как прямого, так и обратного эффектов. Прямой эффект используется, например, в микрофонах, звукоснимателях, датчиках механических сил, перемещений и ускорений, бытовых зажигалках для газа и др. Обратный эффект послужил основой для создания телефонов, громкоговорителей, ультразвуковых излучателей, реле, двигателей и т. п.
История развития пьезоэлектричества.
История развития пьезоэлектричества насчитывает более 120 лет. В 1880 г. Пьер и Жак Кюри обнаружили, что под воздействием силы на поверхности некоторых материалов возникают электрические заряды. Этот эффект впоследствии был назван прямым пьезоэффектом, электричество, вызванное механическим давлением — пьезоэлектричеством, а материалы, в которых происходит это явление — пьезоэлектрическими (кварц, турмалин, сегнетова соль и др.).
Г. Липман в 1881 г. предсказал, что электрическое напряжение, приложенное к пьезоэлектрическому материалу, должно вызывать в нем механическое напряжения и упругие деформации, что было доказано экспериментально П. и Ж. Кюри. Это явление было названо обратным пьезоэффектом: слово «пьезо» (piezo) заимствовано из греческого и означает «давлю».
Практическое применение пьезоэлектрического эффекта началось с 1917 г., когда французский математик и физик Поль Ланже-вен предложил использовать ультразвуковой эхолокационный прибор для обнаружения подводных объектов. В этом приборе в качестве излучателя и приемника ультразвуковых сигналов использовались кварцевые пластинки, вмонтированные между стальными накладками, понижающими резонансную частоту преобразователя. Вначале ультразвуковой локатор Ланжевена использовался в качестве эхолота. Дальнейшее его усовершенствование привело к созданию современных ультразвуковых эхолокаторов, широко применяемых для обнаружения различных подводных препятствий, в том числе и подводных лодок.
Вскоре после изобретения Ланжевена появились первые разработки пьезоэлектрических микрофонов, телефонов, звукоснимателей, приборов для звукозаписи, устройств для измерений вибраций, сил и ускорений и т.д.
Следующим важным этапом в истории применения пьезоэлектричества было использование пьезоэлектрических пластинок и стержней в качестве элементов, стабилизирующих частоту электронных высокочастотных генераторов. Это применение основано на сильной зависимости электрического импеданса пьезоэлемента от частоты вблизи механического резонанса, на что впервые обратил внимание У. Кэди в 1922 г.
В 1925 г. пьезоэлектрическая пластинка была впервые применена для измерения акустических свойств вещества: Г. Пирс использовал ее в акустическом интерферометре для измерения скорости ультразвука в газах.
Важным этапом применения пьезоэлектричества для практических целей было открытие возможности обнаружения внутренних дефектов в твердых телах при помощи ультразвуковых волн. Приоритет в этой области принадлежит отечественной науке: в 1928 г. С. Я. Соколов получил авторское свидетельство СССР на изобретение первого ультразвукового дефектоскопа.
Следующим шагом в использовании пьезоэлектрических преобразователей в ультраакустических исследованиях веществ было развитие методов измерения скорости и поглощения ультразвука, основанных на эффекте дифракции света на ультразвуковых волнах. Этот эффект открыли в 1932 г. Р. Дебай и Ф. Сире и независимо от них Р. Люка и П. Бикар. Работы, в которых этот метод использовался для измерения скорости и поглощения ультразвука в жидкостях и твердых телах, начали появляться начиная с 1936 г.
В 1944 г. в физическом институте им.Лебедева АН СССР Б. М. Вул и И. П. Гольдман впервые в мире методом синтеза получили пьезо-керамический титанат бария (ВаТiОз). На основе титаната бария, предварительно поляризованного в сильном электрическом поле, вскоре были разработаны первые пьезокерамические электроакустические преобразователи, которые сразу привлекли к себе внимание сильно выраженными пьезоэлектрическими свойствами, простотой технологии изготовления преобразователей различных конфигураций и сравнительной дешевизной исходных материалов.
Быстрыми темпами расширялись области применения пьезоэлектрических преобразователей в послевоенные годы. Появился целый ряд новых областей, таких как ультразвуковые линии задержки, ультразвуковая медицинская терапия и диагностика, уровнемеры, приборы для непрерывного промышленного контроля физико-химических свойств веществ и другие приборы, в которых широкое применение нашли пьезоэлектрические преобразователи, совершающие продольные колебания по толщине. Вместе с тем актуальной стала разработка более эффективных электроакустических преобразователей. Поэтому во многих странах большое внимание уделялось разработке новых пьезоэлектрических материалов.