Физико-химические основы РЭС. Методическое пособие - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Пьезоэффект наблюдается только в веществах с гетерополярной связью (ионных или сильнополяр-
ных диэлектриках). Вторым необходимым
условием является отсутствие центра симметрии в
кристал- лической решетке, что приводит при ее
деформации к несимметричному смещению зарядов
разного знака. Еще одно требование – высо-
кое удельное электросопротивление мате-
риала, затрудняющее внутреннюю компен-
сацию избыточных зарядов на поверхности
пьезокристалла.
Основными природными пьезоматериа-
лами являются кварц и турмалин.
Для получения наибольшего пьезомодуля кварцевая шайба, пластин-
ка или диск вырезаются из монокристалла таким образом, чтобы наи-
большая плоскость была перпендикулярна кристаллографической оси X
(рис. 2.1).
Ось X называют электрической (или пьезоэлектрической)
осью. Обычно у вырезанной прямоугольной пластинки ребро а
параллельно оси X; ребро b – оптической
оси Z, а ребро l – третьей координатной оси Y, называемой механической осью. При нагруже-
нии пластины силой P
x
в направлении оси X (рис. 2.1 и 2.2) на ее грани образуется заряд
Q
пр
= d
II
P
X
. (2.2)
Следует отметить, что этот заряд не зависит от геометрических размеров пластины (продольный
пьезоэффект).
Если подвергнуть пластину сжатию в направлении оси Y, то на тех же гранях вновь появляется
заряд, но только противоположного знака. При поперечном пьезоэффекте заряд зависит от соотношения
l / а
e
P
a
l
dQ
⊥
−=
попр
. (2.3)
Это позволяет путем соответствующего выбора отношения изменить чувствительность преобразо-
вателя, предел которой ограничивается механической прочностью пластинки. При механическом воз-
действии на пластинку в направлении оси Z заряды на электродах не появляются вовсе.
При практическом использовании обычно измеряют не заряд, а напряжение U, развиваемое на ем-
кости С образуемой обкладками пластины
a
dP
C
Q
U ==
. (2.4)
Порядок выполнения работы
1 Изучить и зарисовать схему экспериментальной установки, представленной на рис. 2.3.
Кристалл 1 представляет собой кварцевый диск (рис. 2.1). Для обеспечения омического контакта на
плоскости диска наносят слой серебра 4. Кристалл помещен в изолирующий корпус 3, в верхнюю
крышку которого вставлен нагружающий шток 2 с платформой для размещения гирь.
Таким образом, пьезодатчик представляет собой, плоский конденсатор, одна обкладка которого зазем-
лена, а другая подключается к входу пьезоэлектрического усилителя 5. Входной каскад усилителя собран на
транзисторе КП305, что позволяет получить высокое входное сопротивление усилителя с истока транзисто-
ра. Сигнал подается на усилитель тока, выполненный на микросхеме 140УД6. С помощью подстроечного
Рис. 2.1 Ориентация
выреза кварцевой
пластины
Рис. 2.2 Сх
е
Рис. 2.3 Схема экспе
р
иментальной
у
с-
Z
Х
Y
b
a
l
а)
4
1
2 3
R
1
R
2
R
3
R
4
5
+ 12 B
+ 12 B
12 B
+ 12 B
–
12 B
R
5

Страницы