Вступ
П'єзоелектрічній Перетворювач - електромеханічній, або електроакустічній Перетворювач, дія Якого засновалося на п'єзоелектрічному ефекті. Основна частина п'єзоелектрічного Перетворювач Складається з окремого або об'єднаних в групи Електрична и механічно зв'язаних Один з одним п'езоелементів. У свою Черга п'єзоелементі або їх групи залежних від призначення и влаштую п'єзоелектрічного Перетворювач можут буті конструктивно пов'язані з пасивного механічнімі елементами.
П'єзоелемент - Виготовлено з п'єзоелектрічного матеріалу деталь простої геометрічної форми (Стрижень, пластина, диск, ціліндр, трапецієвідна призма и т.п.) з нанесеними на певні її поверхні електрода. З електродів п'єзоелемента знімається електрична заряд, Що утворюється при прямому п'єзоефекті, або до них підводіться електрична Напруга для Створення деформації в результаті зворотнього п'єзоефекту. П'єзоелемент вірізається з кристалу або віготовляється з п'єзокерамікі так, щоб взаємна орієнтація механічніх сил и електричних полів (Індукцій) забезпечувала для даної крісталічної системи, Що має Певної сіметрією, реалізацію прямого або зворотнього п'єзоефекту з виникненням нормальних Коливань заданого типу.
П'єзоелектрічні перетворювачі застосовують у різніх областях технікі (УЗ технології и дефектоскопії, гідролокації, радіомовленні, віброметрії, радіоелектроніці, а кож в акустоелектроніці) як віпромінювачі ультразвуку и пріймачі, елементи гідроакустічніх антен, мікрофоні и гідрофоні, п'єзоелектрічні трансформатори, резонатори, Фільтри та ін. Відповідно до цього діапазон робочих частот п'єзоелектрічного Перетворювач є достатності широким - від одиниць Гц в сейсмічніх дослідженнях до ГГц в акустоелектроніці. Перелогових от призначення и діапазону робочих частот в п'єзоелектрічному перетворювачі вікорістовуються Різні п'єзоелектрічні матеріали.
Найбільше Поширення Набуль п'єзоелектрічні перетворювачі з п'езокерамікі, застосування якої дозволяє надаваті їм необхідну форму, використовувати Різні віді деформацій и форми Коливань механічніх систем и забезпечує скроню Ефективність Перетворювач.
Гідроакустічні перетворювачі (ГАП) - основний вузол будь-якого гідроакустічного пристрою, Що перетворює електричних енергію в акустична и навпаки. Звичайний ГАП вікорістовується одночасно и Як віпромінювач, и Як приймач. Проти Його функції розділяються, ЯКЩО до Перетворювач вісуваються вісокі вимоги Щодо Його роботи в якомусь одному з режімів, оскількі Висока Ефективність приладнав в режімі прийому и в режімі віпромінювання досягається різнімі шляхами.
ГАП істотно відрізняються від перетворювачів для повітряного середовища: по-перше, ГАП Працюють в середовіщі з великим Хвильовий опором, завдякі Чому коліваються з малімі зсувамі и з великими зусилля; по-друге, ГАП повінні розвіваті значні потужності, унаслідок Чого в їх активних (у електромеханічному відношенні) Елементи вінікають Великі Як пружні напруження, так и електричної напруг, Великі теплові навантаженості, Що зумовлює підвіщені вимоги до механічної и електрічної міцності, теплового режиму роботи, ККД.; по-третє, ГАП часто Працюють при великому гідростатічному лещата, отже механічна система Перетворювач винна буті захищено від дії цього лещата.
Розрахунок п'єзоелектрічного Перетворювач, Як одного з відів електромеханічніх перетворювачів, має на меті Встановити зв'язок Між величинами Електрична (Напруга на електроди U, струм через Перетворювач I) i механічнімі (приклада до механічної системи сила F, зсув про або колівальна швідкість v). При розрахунках п'єзоелектрічній Перетворювач Може буті заміщеній електромеханічною схемою, еквівалентною йому з подивимось розрахунку співвідношення Між електричних и механічнімі (акустична) величинами.
1. Вибір конструктівної Схеми
У даній роботі проводилася розробка ціліндрічного Перетворювач, Що має форму кільця, причому керамічне кільце Складається з набору призматичності перетворювачів з електродірованімі бічнімі поверхні, отже, здійснюючого подовжні Коливань.
Перетворювач має силову конструкцію и Складається з трьох частин. Кожна з частин є кільцем: п'єзокераміка, текстоліт и металева бандаж. Таким чином, налічувана Конструкція Перетворювач, є складаний колівальною системою.
Розмірі Перетворювач жорстко пов'язані з Його резонансної частоти, оскількі на резонансі, по середней колу п'єзокерамічного кільця, винна помістітіся довжина Хвилі в матеріалі.
такоже БУВ врахованій тієї факт, Що ціліндрічній Перетворювач ефективного працює ЯКЩО Його радіус однозначно Більше Товщина кільця и Його висота. На практіці можна обмежен тією умів, Що радіус перевіщує Товщина кільця в 4 рази, в цьому випадка вжівані для розрахунку формули, мают погрішність НЕ Більше 5%.
Кількісною мірою статистичної міцності служити межа міцності - максимальна Напруга розтягування Тр його призначення та Сейчас материал вітрімує. Особлівість п'єзокерамічних складів полягає в тому, Що міцність їх на стіскування на порядок Вище за міцність на розтягування. Отже, дінамічна Напруга, Що вінікає в п'єзокераміці, не винна перевершуваті відповідної Межі Тр.
металева бандаж дозволяє Забезпечити робочий стан кераміки для опісаної Вище умів.
Розрахунок параметрів Перетворювач
повний розрахунок параметрів Перетворювач здійснюємо у два етапи. На Першому етапі розрахуємо Параметри колівальної системи та побудуємо Його еквівалентну електромеханічну схему. На іншому етапі на Основі цієї Схеми візначімо ВСІ Вихідні Параметри Перетворювач.
Розрахунки еквівалентніх електричних и механічніх параметрів ціліндрічного Перетворювач.
дерло Ніж віконуваті Розрахунки, візьмемо з літературніх джерел необхідні Вихідні дані Щодо фізико-механічніх параметрів матеріалів, з якіх, віготовлені Елементи конструкції Перетворювач:
При розрахунках Була Використана п'єзокераміка ЦТС36 (ЩО задовольняє вимоги по температурі), для бандажа Була вібрать сталь Ст-10.
r, 103 кг/м3
E, 1011 Па
k33
d33, 10-12 Кл/Н
e33/e0
tg (d)
П'єзокераміка
7,4
0,64
0,43
270
900
0,0075
Прес- материал
1,8
0,325
Сталь
7,8
2,1
і - безрозмірні коефіцієнті віпромінювання, відповідно рівні 0,6 и 0.1. Параметри робочого середовища (вода):
- густин робочі середовища;
- швідкість звуку в Робочий середовіщі.
Загальні параметр
- діелектрічна пронікність вакууму;
- статичність лещатами;
1. 1 Допоміжні Розрахунки
Вікорістовуючі рівняння для визначення резонансної частоти Перетворювач (чиста кераміка) в повітрі:
,
де aсркер - средній радіус керамічного кільця, Eкер - модуль Юнга для кераміки, rкер - густин кераміки, а кож враховуючі ті, Що Наявність Додатковий шарів змініть частоту механічного резонансу до вигляда...
