Сторінка
2
У залежності від призначення п’єзоелементи можуть мати саму різноманітну конфігурацію — від плоскої до об'ємної (сфери, півсфери і т.п.)
Для наступного розуміння доцільно ввести наступний загальноприйнятий в закордонній практиці умовний розподіл типових п’єзоелементів у залежності від їхньої конфігурації: пластина (plate), диск (disc), кільце (ring), брусок (bar), стрижень (rod), циліндр (cylinder). Існують також гнучкі п’єзокерамічні елементи: пластинчасті (plate bender) і дискові (disc bender), що, у свою чергу, підрозділяються на юніморфи (unimorph), тобто одношарові, і біморфи (bimorph) — двошарові.
Такий умовний розподіл не бездоганний (циліндр по суті справи є трубкою й у залежності від висоти його можна назвати кільцем; у той час як кільце по своїй конфігурації нагадує шайбу). Разом з тим, воно загальноприйняте і дозволяє спростити в процесі замовлення опис необхідного елементу. У нашій же практиці той самий елемент споживачі називають по-різному, і без креслення чи більш докладного опису важко представити часом, який елемент хотів би придбати замовник. Наприклад, «кільце» у нас називають кільцем, шайбою і таблеткою, «диск» — диском, шайбою і таблеткою.
4. Застосування п’єзокерамічних елементів
П'єзоелектричні елементи ідеальні при використанні як електромеханічні перетворювачі. Вони досить широко використовуються для виготовлення п’єзокерамічних компонентів, вузлів і пристроїв. Деякі п’єзокерамічні елементи вже споконвічно можуть виконувати функції компонента чи вузла (наприклад, пластинчасті біморфи) і не мають потребу в додатковій доробці. Усі вироби, виготовлені на базі п’єзокераміки, підрозділяють на наступні основні групи: генератори, датчики (сенсори), актюатори (п’єзоприводи), перетворювачі і комбіновані системи.
а) П’єзокерамічні генератори
Вони перетворять механічний вплив в електричний потенціал, використовуючи прямий п’єзоефект. Прикладами можуть служити іскрові запальники натискного й ударного типів, застосовувані в різного роду запальничках і системах, що підпалюють, а також твердотілі батареї на основі багатошарової п’єзокераміки, які застосовуються в сучасних електронних схемах.
б) П’єзокерамічні датчики
П’єзокерамічні датчики перетворять механічну силу чи рух у пропорційний електричний сигнал, тобто також засновані на прямому п’єзоефекті.
В умовах активного впровадження комп'ютерної техніки датчики є незамінними пристроями, які дозволяють погоджувати механічні системи з електронні системами контролю і управління.
Виділяються два основних типи п’єзокерамічних датчиків: вісьові (механічна сила діє уздовж осі поляризації) і гнучкі (сила діє перпендикулярно вісі поляризації).
В осьових датчиках у якості п’єзоелементів використовують диски, кільця, циліндри і пластини. Як приклади можна привести датчики прискорення (акселерометри), датчики тиску, датчики детонації, датчики руйнування і т.п.
Гнучкі датчики будуються на основі послідовних (шари кераміки мають протилежну спрямованість поляризації) і рівнобіжних (спрямованість поляризації шарів збігається) п’єзокерамічних біморфів. Найбільш поширені датчики сили і прискорення.
в) П’єзокерамічні актюатори (п’єзоприводи)
Актюатори будуються на принципі зворотного п’єзоефекта і тому призначені для перетворення електричних величин (напруги чи заряду) у механічне переміщення (зрушення) робочого тіла.
Актюатори підрозділяються на три основні групи: вісьові (мода d33), поперечні (мода d31) і гнучкі (мода d31). Осьові і поперечні актюатори мають ще загальну назву — багатошарові пакетні, тому що набираються з декількох п’жзоелементов (дисків, стрижнів, пластин чи брусків) у пакет. Вони можуть розвивати значне зусилля (блокуючу силу) до 10 кн при керуючій напрузі 1 кв, але при дуже малих відхиленнях робочої частини (від одиниць нанометрів до сотень мікронів). Такі актюатори також називають могутніми.
Гнучкі актюатори (биморфи) розвивають незначну силу, що блокує, при малих (сотні мікронів) відхиленнях робочої частини. Однак американської компанії APC International Inc. удалося створити і вийти на ринок з новим типом пластинчастого біморфа — «стрічковим актюатором» (зареєстрована торгова марка). Стрічковий актюатор може забезпечувати силу, що блокує, 0,95 Н и величину відхилення 1,2 мм чи відхилення до 3 мм і силу, що блокує, 0,6 Н.
Гнучкі актюатори відносяться до групи малопотужних. До цієї ж групи будуть відноситися і перспективні осьові актюатори, що представляють собою моноблок, виготовлений за технологією багатошарової пьезокерамики.
Пакетні актюатори можуть вироблятися підприємствами, не зв'язаними з виробництвом п’єзокераміки. Гнучкі ж і осьові актюатори з багатошарової кераміки самі по собі є п’єзокерамічними елементами. Їх можуть робити тільки підприємства, що володіють технологіями й устаткуванням для виробництва п’єзокерамічних елементів.
г) П’єзокерамічні перетворювачі
Призначені для перетворення електричної енергії в механічну. Так само як і актюатори, ґрунтуються на принципі зворотного п’єзоефекту.
Перетворювачі в залежності від діапазону частот підрозділяються на три види:
звукові (нижче 20 кгц) — зумери, телефонні мікрофони, високочастотні гучномовці, сирени і т.п.;
ультразвукові — високоінтенсивні випромінювачі для зварювання і різання, мийки й очищення матеріалів, датчики рівня рідин, дисперсійні розпилювачі, генератори тумана, інгалятори, зволожувачі повітря. Значною групою виділяються так називані ультразвукові вимірники відстані в повітряному середовищі (Air Transducers), що є п’єзокерамічними компонентами. Вони використовуються як вимірники відстані для автотракторної техніки, сенсорів наявності і руху в охоронних системах, у рівнемірах, для дистанційного контролю і керування, у пристроях відлякування птахів, звірів і сільськогосподарських шкідників і т.д. Виробляються пристрої трьох типів: передавальні, прийомні і приймально-передавальні;
Завантажити реферат