Конспект лекции: Принцип действия пьезоэлектрических ПИП



Пьезоэлектриками называют кристаллы, электризующиеся под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся в электрическом поле (обратный пьезоэффект).

Пьезоэффект обладает знакочувствительностью, т.е. происходит изменение знака заряда при замене сжатия растяжением и изменение направления поля. Связь между электрическими и механическими величинами определяются из выражения:

где δ - плотность заряда;
G – механическое воздействие на пьезоэлементе;
d – поляризационный модуль, определяющий зависимость заряда от механического напряжения (усилия), является тензором третьего порядка и характеризуется 18 компонентами. Размерность Кл/Н для прямого пьезоэффекта и М/В - для обратного пьезоэффекта;
i – вектор, определяющий величину выходного сигнала на единицу приложенной силы;
j – вектор, связывающий направление приложенной силы с осями кристалла;
ε - деформация кристалла, вызванная приложенным напряжением Е.

Эквивалентная схема пьезоэлектрического преобразователя представлена на рисунке, где L1; C1; R1; - представляют механические параметры:
R1 – сопротивление утечки, т.е. механические потери;
C1 – податливость, которая характеризует накопление механической энергии, за счет приложенной электрической энергии, т.е. E=1/2*C1*U2;
R0 – сопротивление изоляции между электродами;
L1 – масса, которая определяется механическим резонансом;
C0 – межэлектродная емкость.

Полная проводимость эквивалентной схемы для любой частоты определяется выражением:

Как следует из эквивалентной схемы и выражения (3) имеется два условия резонанса. Для идеального пьезорезонатора (R0=∞ ; R1=0) проводимость бесконечно возрастает при условии, 1-ω2L1C1=0, т.е. при частоте , называемой частотой последовательного резонанса. Эта частота совпадает с частотой механического резонанса, определяемой выражением:

где Еij – константа упругости материала;
ρ - удельная плотность материала;
h – расстояние между гранями, от которых отражаются волны.

Проводимость идеального пьезорезонатора бесконечно падает при условии:

т.е. при частоте ωПАР, называемой частотой параллельного резонанса (антирезонанса).


Какие электрические счетчики.


Внимание! Каждый электронный конспект лекций является интеллектуальной собственностью своего автора и опубликован на сайте исключительно в ознакомительных целях.