Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни "Матеріали мехатронних пристроїв", страница 10

-  відсутність центру симетрії кристала;

-  високий питомий спротив матеріалу.

Оскільки будь-який діелектрик, у тому числі й п’єзоелектрика володіє кінцевою величиною струмів витоку, то при прикладанні механічного зусилля на поверхні п’єзоелектрика проходить поступова компенсація заряду на поверхні пластин. Тому явище прямого п’єзоелектричного ефекту проявляється лише протягом деякого достатньо малого проміжку часу (від десятих часток секунди до одиниць секунд). Тому застосування п’єзоефекту можливе лише при використанні динамічного механічного навантаження, наприклад, у головках звукознімачів грампластинок.

В електронних апаратах застосовуються наступні типи п’єзоелектриків:

-  монокристалічний кварц;

-  сульфат літію;

-  сегнетова сіль;

-  дігідрофосфат амонію;

-  ніобат і танталат літію; п’єзокераміка.

Найбільше розповсюдження отримали монокристалічний кварц і п’єзокераміка.

Монокристалічний кварц (рисунок 3.1) є модифікацією двоокисі кремнію.

Рисунок 3.1 – Монокристал кварцу

У кристалах кварцу розрізняють три головні вісі:

-  електрична вісь X – проходить через вершини поперечного перетину кристала;

-  механічна вісь Y – перпендикулярна сторонам поперечного перетину кристала;

- оптична вісь Z – проходить через вершини кристала. Пластинки, вирізані перпендикулярно оптичній вісі Z, не мають п’єзоефекту. Найбільший заряд створюється в тому випадку, коли пластинка вирізана таким чином, що її грані перпендикулярні електричній вісі X. Якщо заряди на великих гранях пластинки залишаються при дії сили по вісі X, то п’єзоефект називають повздовжнім. Якщо заряди на тих же гранях виникають у результаті прикладених зусиль до бокових гранях пластинки, то п’єзоефект називають поперечним.

При зміні знаку механічних зусиль змінюється і знак електричного заряду. П’єзокерамікою називається сегнетокераміка, яка підлягає впливу сильного електричного поля, в результаті чого зберігається стійка остаточна поляризованість, що є джерелом п’єзоефекту.

Основним матеріалом, який використовується для виготовлення п’єзокерамічних деталей, є цирконат-титанат свинцю PbZrO – РbТiO, тверді розчини BaNb₂O₆ – PbNb₂O₆  NaNbO₃- КпbО.

Області застосування п’єзоелектриків:

-  п’єзоелектричні резонатори;

- ультразвукові випромінювачі в широкому діапазоні частот для мети гідроакустики, дефектоскопії, механічної обробки матеріалів і т.д.;

-  мікрофони, телефони, гучномовці;

-  датчики прискорень, тиску, механічних деформацій;

-  лінії затримки, п’єзотрансформатори.

3.3 Опис лабораторної установки

Для виконання лабораторної роботи застосовується лабораторний макет, який призначений для дослідження прямого п’єзоефекту.

Особливістю лабораторної установки є те, що необхідно при проведенні експерименту забезпечити дію перемінного механічного навантаження на об’єкт дослідження – п’єзокерамічну пластину.

Для цього досліджувана пластина піддається дії синусоїдально змінюючого тиску зі сторони головки динамічної 0.5ГДШ-1. Коливання мембрани динамічної головки генеруються шляхом подання на її контакти сигналу з генератора синусоїдальної напруги. Величина напруги на контактах динамічної головки визначає величину механічної дії на поверхню пластини.

Контролювати величину напруги на контактах динамічної головки іде за допомогою рідкокристалічного індикатора в положенні перемикача Т1 "Напруга на динаміку, В". При переключенні перемикача TI в положення "Напруга на датчику, мВ", контролюють величину напруги на поверхнях п’єзоелектричної пластини при повздовжньому прямому п’єзоефекті.