|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы продолжение табл. 8.1
нетова соль, а наихудшим - кварц. Поэтому, когда речь идет о преобразовании сигналов малых уровней при соответствующих эксплуатационных условиях, предпочтение следует отдать сегне-товой соли. Однако низкие температурные свойства и ее гигроскопичность не позволяют на практике реализовать высокие электромеханические характеристики сегнетовой соли. Лучшие керамики (цирконат титаната свинца) по величине приближаются к сегнетовой соли, обладая при этом приемлемыми метрологическими и конструктивными характеристиками. Возвращаясь к выражению для к. з> можно сказать, что в случае замкнутой цепи материал становится как бы «мягче». Все пьезоэлектрические материалы можно условно разделить на две группы: пьезоэлектрические кристаллы и пьезокерамики, которые можно назвать «искусственными» пьезоэлектрическими материалами. В табл. 8.1 приведены основные электрические и механические характеристики пьезоэлектрических материалов. При построении таблицы использованы данные, представленные в работе [79], и применены следующие условные обозначения вида деформации: ТД - деформация по толщине; ДД - деформация по длине; ОД - деформация по объему; ПС - сдвиг по поверхности. Среди кристаллических материалов особое место занимает кварц, который, несмотря на очень низкое значение пьезоэлектрической постоянной йц = 2,3.10" Кл/Н и относительной диэлектрической проницаемости е = 4,5, благодаря стабильности электромеханических характеристик находит широкое применение в пьезоэлектрических датчиках. Поскольку кварц обладает очень малой диэлектрической проницаемостью, шунтирующая емкость, например емкость кабеля, значительно уменьшает выходное напряжение. При отсутствии шунтирующей емкости значение выходного напряжения может быть достаточно большим, о чем можно судить, сравнивая, например, коэффициенты g кварца и титаната бария. Следует отметить особенность кварца - симметричность кристалла. Поэтому для кварца существенными оказываются только два коэффициента dif. = - = 2,3 • 10-12 1л/н; = - 0,67 • 10" Кл/Н. Кварц нечувствителен к деформации сдвига и к объемной деформации. Модуль упругости (модуль Юнга) кварца Е = 80-10® Н/м примерно того же порядка, что и для пьезокерамик, но плотность 6 = 2,65-10 кг/м у него в 2-3 раза меньше, чем у пьезокерамик. В группе искусственных пьезокерамик можно назвать три разновидности: титанат бария, соединения цирконата титаната свинца и соединения ниобата свинца. Отличительной особенностью этих материалов является высокое значение пьезоэлектрической постоянной dij, так, например, при деформации по толщине коэффициент 4з = (150-350). 10-12 Кл/Н. в отличие от кварца пьезоэлектрические постоянные при деформации по толщине и по длине оказываются неравными, причем соотношение между этими коэффициентами равно dg = = -(0,40-0,45) dgg. Отличительной особенностью пьезокерамик является «гидростатическая» чувствительность, т. е. чувствительность к объемной деформации, выражаемая коэффициентом d = = (0,1-0,2) 4з. Все искусственные пьезокерамики имеют высокую относительную диэлектрическую проницаемость е = 1200 ч-1700. В связи с этим коэффициенты gn оказываются довольно малыми. Однако при практическом применении очень часто требуется довольно большое значение емкости, что бывает необходимо либо для уменьшения частотной погрешности 7„ на нижних частотах, либо-для снижения влияния паразитных емкостей датчика. В этом смысле пьезокерамики предпочтительнее других материалов, обладающих более высокими коэффициентами gij. Выше уже отмечалось, что плотность 6 пьезокерамик велика. Что касается модуля упругости Е, то он мало отличается для всех пьезоэлектриков [Е = (50 ч-100) 10* Н/м], исключение составляет сегнетова соль и дигидрофосфат аммония, для которых Е <: <20.10 Н/м\ 8.2. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ При выборе пьезоэлектрического материала чувствительного элемента датчика, предназначенного для работы в расширенном диапазоне температур, определяющим фактором является получение наименьшего изменения его чувствительности от температуры. Чувствительность пьезоэлектрического датчика, определяемая как отношение электрической выходной величины к механической входной величине, является функцией по крайней мере трех параметров пьезоэлемента (пьезоэлектрической постоянной, или пьезомодуля dj, диэлектрической проницаемости е и удельного объемного сопротивления р), каждый из которых, в свою очередь, зависит от температуры окружающей среды. Первой характеристикой при выборе пьезоэлектрика может служить температура точки Кюри. Очевидно с этой позиции нецелесообразно рассматривать температурные зависимости таких пьезоэлектрических материалов, как сегнетова соль или дигидрофосфат аммония, температурный диапазон которых ограничен значением 100-120° С, а следует обратиться к исследованию температурных характеристик кварца (точка Кюри 576° С), цирконата титаната свинца (точка Кюри 350-450° С), ниобата свинца (точка Кюри 250-270° С) и титаната бария. Чувствительность кварца также изменяется с температурой, в особенности коэффициент d, часто называемый «пьезоэлектри-184 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 [ 59 ] 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 вагонка имитация бруса . |