Пьезоэлектрические растяжение — сжатие

Наиболее распространенным является способ, основанный на явлении пьезоэлектрического эффекта. Физическая сущность этого эффекта заключается в том, что при механическом растяжении или сжатии на поверхности пластин некоторых твердых материалов появляются электрические заряды противоположного знака - возникает прямой пьезоэффект наоборот, при подаче на поверхность пластин переменных электрических зарядов пластина начинает сжиматься и разжиматься — имеет место обратный пьезоэффект. Такими свойствами обладает ряд природных и искусственных материалов кварц, турмалин, сегнетова соль, титанат бария, цирконат-тита-нат свинца (ЦТС) и др. Схема возникновения прямого и обратного пьезоэффекта приведена на рис. 9.4. [c.147]

Преобразование электрических колебаний в механические связано с использованием пьезоэлектрического эффекта. Установлено, что при растяжении и сжатии некоторых кристаллов— кварца, титаната бария, цирконата свинца и других материалов — на их поверхностях возникают электрические заряды. Внесение пьезоэлектрического кристалла в электрическое поле, силовые линии которого совпадают с направлением его пьезоэлектрической оси, вызывает растяжение или сжатие кристалла (обратный [c.73]

Пьезоэлектрический эффект пьезоэффект), открытый французскими физиками братьями Пьером и Полем-Жаном Кюри в 1880 г., представляет собой появление электрических зарядов на поверхностях некоторых кристаллов при воздействии на них механических усилий прямой пьезоэлектрический эффект ) и деформацию кристаллов при воздействии на него электрического поля обратный пьезоэлектрический эффект ). Обратный пьезоэффект, в отличие от электрострикции (стр. 1G0), является н е ч е т н ы м эффектом, т. е. при изменении знака приложенного к кристаллу электрического напряжения имеет место и изменение знака деформации (т. е. происходит либо растяжение, либо сжатие). Кристаллические вещества, в которых наблюдается пьезоэлектрический эффект, называются пьезоэлектриками. [c.250]

Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что если такую пластинку в щупе подвергать механическому сжатию или растяжению в определенном направлении, то на поверхности ее возникают электрические заряды, изменяющие свой знак в зависимости от того, какое усилие (растяжение или сжатие) действует на пластинку. Это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. [c.81]

Пьезоэлектрический эффект. В 1880 г. братьями Кюри во Франции было обнаружено образование электрических зарядов на поверхности кристаллов при их растяжении или сжатии. в частности на кристаллах кварца. [c.91]

При растяжении по оси У на поверхности Ь и / образуются заряды тех же з,наков, что и при сжатии в направлении оси X (т. е. возникает поперечный пьезоэлектрический эффект). При сжатии ло оси У знаки зарядов на плоскостях Ь и / также меняются на обратные. [c.92]

МАКСИМАЛЬНЫЕ ПРОЧНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ И сжатие [c.128]

Если из них определенным образом вырезать пластинку, то при сжатии или растяжении такой пластинки на ее поверхности появятся электрические заряды — с одной стороны положительные, с другой— отрицательные. В этом и состоит пьезоэлектрический эффект. Этот эффект обратим. Если пластинку покрыть с двух сторон металлическими электродами (например, алюминиевой фольгой) и присоединить к ним источник переменного напряжения, то пластинка попеременно то сжимается, то растягивается. Эти колебания поверхности пластинки и возбуждают в среде ультразвуковые волны. Используя пьезоэлектрические излучатели, удается получать ультразвуки сравнительно небольшой интенсивности. [c.243]

Пьезоэлектрические 156 растяжение —сжатие 169, [c.302]

Величина пьезоэлектрической постоянной титаната бария при сжатии-растяжении равна [c.109]

Первые два модуля соответствуют деформации растяжения — сжатия вдоль осей X и Y (рис. 20.18) третий (di4) характеризует пьезоэлектрический эффект при деформации сдвига в плоскостях Zy и Z , а также при скручивающих усилиях. Зависимость пьезоэлектрических модулей dll и di4 от температуры см. на рис. 20.19, [c.336]

Пьезоэффект характеризуется тремя независимыми пьезомодулями dis, dgi и dgg. Вдоль осей 1 я2 пьезоэлектрическую поляризацию можно индуцировать только сдвиговыми напряжениями (деформациями), а вдоль оси 3 только сжатием-растяжением образца по любой из осей dus — вдоль оси 3, dgi — в перпендикулярной плоскости). [c.234]

Этот метод основан на отражении ультразвуковых волн от дефектов сварного шва. В качестве источника колебаний используются пьезоэлектрические излучатели-пластинки, изготовленные из титаната бария. Если к поверхности пластинки подвести переменное напряжение, то она начнет изменять свои размеры в зависимости от частоты напряжения, В то же время при механическом многократном сжатии и растяжении пластинки на ее поверхностях появляются электрические разряды пьезоэффект обратим. [c.144]

Магнитострикция. Ряд металлов и сплавов обладает свойством сжиматься или расширяться под действием магнитного поля это явление называется магнитострикцией. В теоретическом отношении магнитострикция долгое время оставалась загадочным явлением, пока в 1928 г. Н. С. Акулову не удалось дать ей правильное научное объяснение ). Так же как и пьезоэлектрический эффект, явление магнитострикции обратимо при сжатии или растяжении этих металлов возникают соответствующие магнитные поля. [c.182]

Пьезоэлектрикам свойственны прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой пьезоэффект заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки пьезоэлектрического материала на ее противоположных поверхностях наводятся электрические заряды противоположного знака (рис. 33). Это происходит в результате поляризации пьезоэлектрика. Обратный пьезоэффект заключается в том, что при приложении к пластинке пьезоэлектрика постоянного напряжения она деформируется. Под действием переменного напряжения пластинка пьезоэлектрика колеблется с частотой приложенного напряжения. [c.64]

Когда некоторые кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растяжения, на их противоположных поверхностях появляется разность электрических зарядов. Этот эффект называется прямым пьезоэффектом. Примерами таких кристаллов являются кварц, турмалин и пьезоэлектрические керамики, такие как цирконат-титанат свинца. [c.83]

Пьезоэлектрический эффект зависит от состояния вещества кристалла. При механической деформации материала на поверхностях кристалла появляются электрические заряды противоположного знака. Значения зарядов пропорциональны значению деформации, а полярность изменяется при смене сжатия па растяжение (и наоборот). Соответственно приложенное электрическое поле приводит к пропорциональной механической деформации кристалла, которая меняет свой знак с изменением полярности электрического поля. В первых образцах гидроакустических преобразователей, применявшихся как в качестве гидрофонов, так и излучателей, использовались пьезоэлектрические свойства кварца и кристаллов сегнетовой соли. [c.62]

Керамические материалы также могут обладать пьезоэлектрическими свойствами. В естественном состоянии керамические материалы по структуре представляют собой поликристаллы и пьезоэлектрических свойств не проявляют. Условия меняются, если при высокой температуре керамический элемент поместить в статическое электрическое поле. Элемент при этом растягивается в направлении поляризации поля и сжимается в перпендикулярном направлении. Смещение сохраняется и после прекращения действия электрического поля. Последующие воздействия электрического поля той же полярности вызывают растяжение в этом направлении, а изменение полярности поля приводит к сжатию. Такое поведение имеет линейный характер, если значение приложенного поля меньше первоначального значения поля поляризации. Механическое сжатие вдоль линий поля создает электрическое напряжение некоторой полярности, а растяжение — противоположной. Отметим, что в случае линейного характера взаимодействия деформации не должны превосходить смещений, образуемых в направлении первоначальной поляризации. Поскольку керамическим материалам можно легко придавать различные формы, в гидроакустических преобразователях звукового и низкочастотного диапазонов они почти полностью заменили используемые ранее кристаллы. [c.62]

Пьезоэлектрические резонаторы с изгибными и продольными колебаниями, колебаниями растяжения—сжатия по контуру и сдвиговыми колебаниями по грани называют иногда низкочастотными, что не вполне правильно, поскольку диапазон их частот составляет 1—600 кГц. Общим признаком этих резонаторов является одинаковый способ крепления в одной узловой точке по оси пластины либо в двух узловых точках, расположенных симметрично относительно оси пластины или стержня. Установка резонаторов осуществляется, как правило, с помощью двух или четырех тонких проволок из твердой бронзы. Утолщенные концы проволок припаяны к электродам с помощью серебра или золота. Температурная зависимость резонансной частоты этой группы резонаторов имеет обычно вид параболы. При этом положение точки поворота в на температурной зависимости резонансной частоты зависит от ориентации и относительных размеров пластины или стержня. Определенное исключение составляют резонаторы СТ среза, температурная зависимость которых выражается кривой более высокого порядка. [c.172]

Пьезоэлектрический резонатор в форме узкой пластины с колебаниями растяжения — сжатия по ширине, работающий в условиях захвата энергии в области расположения электродов, был впервые описан в работе [150]. Захват энергии в этом случае выражается в появлении дополнительных комплексных ветвей у дисперсионных кривых в окрестности экстремальных точек. В работе [150] приведено теоретическое решение проблемы, а также результаты измерений, полученные при использовании пьезокерамических полосковых резонаторов. [c.228]

В работе [151] было указано на возможность использования пьезоэлектрических резонаторов с колебаниями растяжения — сжатия по ширине в условиях захвата энергии при создании монолитных фильтров в диапазоне частот от 200 до 500 кГц. Рассмотрим решение этой задачи на примере пьезокерамического резонатора в форме тонкой узкой полосы, ориентированной в прямоугольной системе координат согласно рис. 5.55, а и поляризованной в направлении толщины (оси А"з). Пусть электроды, нанесенные лишь на центральную часть резонатора, имеют длину /, и ширину Ь, причем ширина электродов соответствует ширине полосы. Синусоидальное переменное напряжение, подведенное к электродам, возбудит в плоскости по- [c.228]

Вследствие механических колебаний пластинки 6, которые соответствуют растяжению или сжатию е. , на поверхности пластинки возникнут пьезоэлектрические заряды в количестве, пропорциональном интенсивности падающей на нее ультразвуковой энергии, прошедшей сквозь исследуемый объект. Возникшие на поверхности пластинки 6 пьезоэлектрические заряды создадут между обкладками пластинки разность потенциалов,которая снимается при помощи электрода 3 и подается в электронный усилитель 7 усиленные сигналы аодаются на какой-либо индикатор. [c.103]

В пьезоэлектрических преобразователях телефонов используется принцип обратного пьезоэффекта [5.2]. При подведении к материалу, обладающему пьезоэлектрическими свойствами, переменного напряжения, материал претерпевает растяжения и сжатия, т. е. деформируется в соответствии с подводимым напряжением. В конструкциях телефонов в качестве материала для мембраны используют ориентированную пленку на основе поливинилидеифто-рида, которая после поляризации в сильном электрическом поле приобретает пьезоэлектрические свойства. Для использования в качестве пьезоэлемента плен- [c.272]

В 1880 г, братья Кюри [471] открыли, что при растяжении и сжатии в определенных направлениях некоторых кристаллов, на их поверхностях возникают электрические заряды. Это многократно наблюдавшееся явление было названо пьезоэлектрическим эффектом Уже первые опыты показали, что возникающий при деформации кристалла заряд пропорционален сжатию или растяжению кристалла. Знак заряда зависит от вида деформации и при переходе от сжатия к растяжению меняется на обратный. Пьезоэлектрический эффект был обнаружен у кристаллов турмалина, кварца, цинковой обманки, хлората натрия, винной кислоты, кремнекислого гальмея, тростникового сахара, сегнетовой соли как показывают новейшие исследования [7101, он присущ также многим другим кристаллам, принадлежащим к самым различным классам. Таким образом, пьезоэлектрический эффект не связан с каким-нибудь определенным классом кристаллов Общим признаком, объединяющим все известные до сих пор пьезокристаллы, является наличие у них одной или нескольких полярных осей (направлений) или отсутствие центра симметрии. Под полярной осью (направлением) в кристаллографии понимают некоторую проведенную через кристалл линию, оба конца которой неравноценны, т. е. невзаимозаменяемы. Иными словами, при повороте кристалла на 180° вокруг [c.62]

Бехман и Парсонс [2433] недавно измерили механическими и электрическими способами прочности различных пьезоэлектрических кристаллов на сжатие и растяжение. Полученные ими значения приведены в табл. 14. [c.128]

В пьезоэлектрических излучателях используется способность некоторых кристаллов электрически поляризоваться при растяжении или сжатии. Пьезоэлектрическими свойствами помимо кварца обладают кристаллы турмалина, сегиетовой соли, титана 1а бария и некоторые другие. Чан1е всего в качестве материала для излучателей ультразвука используются пластинки, вырезанные из кристалла квар а. [c.19]

Пьезоэлектрики — кристаллические диэлег.трики, не имеющие центра симметрии, в которых под действпе.м механических напряжений возникает электрическая поляризация (прямой пьезоэлектрический эффект), а под действием внешнего электрического поля — механическая деформация (обратный пьезоэлектрический эффект). Таким образом, с помощью пьезоэлектриков можно преобразовывать электрические сигналы в механические и наоборот. Между поверхностной плотностью заряда (/, образующегося при прямом пьезоэффекте на поверхности поляризованного кристалла, и механическим напряжением а существует прямо пропорциональная зависимость q = do, причем знаки зарядов на электродах пьезоэлемента зависят от направления механических напряжений (сжатие — растяжение). Механическая деформация и в такой же зависимости находится с напряженностью внешнего электрического поля Е при обратном пьезоэффекте u = dE, а характер деформации (сжатие или растяже- [c.557]

В серийно выпускаемых ультразвуковых дефектоскопах для излучения и приема ультразвука чаще всего используют пьезопластины, обладающие пьезоэлектрическим эффектом. Прямой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов на обкладках пьезопластины в результате ее деформации. Обратный пьезоэффект заключается в деформации пьезопластины под действием приложенного электрического поля. Обычно используют деформации растяжения —сжатия пластины по толщине. Обратный пьезоэффект, вызывающий такую деформацию, применяют для излучения продольных волн, а прямой пьезоэффект, связанный с деформацией по толщине, —для приема этих волн. Для возбуждения и приема поперечных волн используют деформацию сдвига по толщине. В этом случае для передачи деформации от пластины к изделию используют густые смазочные материалы, так как через жидкотекучие вещества поперечные волны практически не проходят. В качестве такой передающей среды используют нетвердеющие эпоксидные смолы. [c.133]

Акселерометры первой группы конструктивно сравнительно просты (рис. 8). Пьезоэлектрический МЭП в них обычно работает на растяжение-сжатие, а тензоре-зистивиый — на изгиб. Наряду с керамическими пьезоэлементами используют и монокристаллические, преимущественно в образцовых датчиках. В электрической [c.221]

Обозначения основных величии, принятые ниже, следующие р — плотность (объемная масса) Ею — модуль упругости (модуль Юнга) 8 — диэлектрическая проницаемость tg О— тангенс угла диэлектрических потерь Q — добротность / — частота Aflfo — уход резонансной частоты в указанном интервале температур Сзз — скорость звука d — пьезоэлектрический модуль dgg — пьезоэлектрический модуль продольных колебаний dgi — пьезоэлектрический модуль радиальных колебаний d/e, d/ e— характеристика эффективности в режиме приема dEюig , dEю/eig6 — характеристики эффективности в режиме излучения о — предел прочности на изгиб — предел прочности на сжатие Ор — предел прочности на растяжение К — коэффициент электромеханической связи 0 — точка Кюри ТКЧ — температурный коэффициент резонансной частоты. р [c.339]

На преобразователь подается с электрической стороны переменное напряжение такой частоты, что длина волны механических колебаний кристалла на этой частоте сравнима с длиной стержня (размер /1) или меньше ее, но много больше двух других размеров. Естественно ожидать появления механических волн сжатия—растяжения в пьезоэлектрическом стержне вдоль ребра /1 на этой частоте и, следовательно, появления инерционных напряжений в кристалле. В этом случае для определения смещений поперечных сечений стержня 2, /з придется к местным ур-ниям (3.101а) присоединить еще динамические уравнения движения стержня. Задача упрощена благодаря тому, что ребра /2 и 4 настолько малы, что в направлении их все рассматриваемые величины Л ( , а, не меняются. Так как, кроме тою, все размеры стержня (в том числе и 1 ) столь малы, что выравнивание электрического потенциала вдоль обкладок можно считать происходящим мгновенно, то напряженность поля ( не зависит от кооодинаты л , отсчитываемой вдоль ребра /1. Остальные величины будут функциями координат х 0 = 0(х), о=о(х), 1 = 1(х). [c.80]

Коэффициент пропорциональности с1 называют пьезоэлектрическим модулем или пьезомодулем. Изменение знака о, т. е. замена растяжения сжатием, приводит к изменению знака Р — переполяризации. [c.227]

Генерировать ультракороткие упругие волны Ланжевен предложил с помощью открытого в свое время братьями Кюри пьезоэлектрического эффекта. При зажатии и растяжении в определенных направлениях некоторых кристаллов (турмалина, кварца, цинковой обманки, винной кислоты, тростникового сахара, сегнетовой соли) на их поверхности возникают электрические заряды. Величина заряда пропорциональна деформации, а полярность при сжатии — противоположна полярности заряда при растяжении. Как показали впоследствии опыты, эффект этот присущ многим кристаллам, принадлежащим к разным классам. [c.112]

Пьезоэлектрическая керамика (сегнетоэлект-рик) обладает так называемым пьезоэлектрическим эффектом, при котором электрическая энергия превращается в механическую, и наоборот. При деформировании (сжатием, растяжением) такой керамики на поверхности возникает определенная разность потенциалов, которая подвергается измерению. Обычные керамические диэлектрики пьезоэлектрического эффекта ие имеют. [c.504]

Ультразвуковые колебания получают чаще всего магннто-стрикционным и пьезоэлектрическим способа хМ и. Для ультразвуковой дефектоскопии применяется в основном пьезоэлектрический способ, заключающийся в следующем. Если, например, к пластинке кварца, вырезанной так, что две ее грани перпендикулярны электрической оси кристалла, подвести переменное напряжение высокой частоты, то пластинка будет колебаться с той же частотой. При сжатии или растяжении пластинки на ее гранях образуются электрические заряды. Кроме кварца такими свойствами обладают, например, титанат бария и сегнетовая соль. [c.353]

Пьезоэлектрический эффект. Целый ряд кристаллов — кварц, турмалин, сегнетовая соль — обладает замечательным свойством. Если из них определённым образом вырезать пластинку, то при сжатии или растяжении такой пластинки на её поверхности появляется электрический заряд — на одной стороне положительный, на другой — отрицательный. Такой кристалл, как говорят, обладает пьезоэлектрическим эффектом. Слово пьезо означает давление пьезоэлектричество — это возникновение электрического заряда при механическом давлении. Возникновение зарядов на поверхности кристаллической пластинки при давлении на неё называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Замечательно, что наряду с прямым пьезоэлектрическим эффектом существует также обратный пьезоэлектрический эффект, заключающийся в том, что размеры пластинки изменяются под действием электрического поля. Если пластинку покрыть с двух сторон металлическими электродами (например, алюминиевой фольгой) и присоединить к ним электрическую батарею, то толщина пластинки несколько изменится (например, произойдёт сжатие) при изменении знака приложенного напряжения сжатие пластинки меняется на растяжение. [c.162]

Сжатие и растяжение по направлеиию оптической оси I не вызывают пьезоэлектрического эффекта. [c.92]

Зависимость пьезоэлектрических и диэлектрических постоянных от динамических напряжений не изучалась. Однако ясно, что нелинейность в этом случае должна быть выражена значительно слабее, чем при действии статических иапряжепий той же величины. Более того, в случае динамических напряжений мы имеем дело как с напряжением сжатия, так и с напряжением растяжения (за исключением случая одновременного воздействия постоянного сжимающего напряжения), и поэтому амплитуда напряжения ограничивается прочностью пьезокерамики на разрыв. [c.261]

Слово пьезо происходит от греческого piezo — давлю. Пьезоэлектриками называются кристаллы, в которых возможны пьезоэлектрические эффекты — прямой и обратный. Прямой со стоит в появлении электрических зарядов на границах некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении. Обратный эффект состоит в возникновении деформаций при внесении подобных кристаллов в электрическое поле. [c.324]

Однако, строго говоря, пьезоэлектрическая пластина не является таким идеальным излучателем, потому что она испытывает и другие деформации (см. рис. 7,3, б и е). Даже в случае обычного твердого и упругого материала только такая деформация, как на рис. 7.3, а, невозможна, потому что она всегда связана с изменением поперечных размеров, В случае титаната бария ВаТ10з и всех других пьезоэлектрических веществ условия намного более сложны и могут быть различными в зави симости от их кристаллического строения. Их нельзя описать без применения сложного математического аппарата. Дополнительные деформации пластины наглядно показаны на рис. 7.3, б и е. В направлении оси У происходит либо сильное растяжение, либо укорочение. Сюда добавляется сдвиг, из-за которого пластина, первоначально имевшая форму прямоугольника, приобретает форму ромба. Здесь перечислены только те деформации, которые вызваны непосредственно действием электрического напряжения. К ним добавляются и другие деформации, вызванные чисто механической связью, например сжатие в направлении оси Z, которым мы здесь пренебрегаем. [c.141]

До настояшего времени при проектировании и производстве пьезоэлектрических резонаторов используют в основном объемные колебания стержней н пластин, главным образом колебания изгибные, растяжения—сжатия по длине и по ширине н сдвиговые по грани и по толшине. Создаваемые пьезоэлектрические резонаторы рассчитаны на номинальные резонансные частоты в диапазоне от 1 кГц до 160 МГц. В последнее время, однако, начали производить резонаторы, использующие поверхностные акустические волны [106]. Этн резонаторы предназначены преимущественно для частот выше 100 МГц и будут рассмотрены в части II книги. [c.171]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...