Способ контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектриков

О П И С А Н И Е 296225ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельства МПК Н 031 т 3 влено 25,Ч 11.1969 ( 1359114/26-9 м заявкиисоединен иоритетубликов Номитет оо делам изобретений и открытий лри Совете Министров СССР.11.1971, Бюллетеньг 1.19 Дата опубликования описания 2 вторыобретени. И, Кожеуров, Е. Д. федченко, В. С. Холопов етыгов явител СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПОЛЯРИЗ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ Изобретение относится к технологии производства компонентов радиоаппаратуры и может быть использовано для контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектриИзвестны способы контроля процесса поля ков.ризации керамических пьезоэлектриков, при которых исследуемый пьезоэлектрик помещается в ультразвуковое поле излучателя; г;од действием последнего на электродах 10 пьезоэлектрика появляется переменное напряжение, пропорциональное наведенному пьезомодулю.Известны также способы контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектри ков, состоящие в том, что к испытуемому пьезоэлектрику прикладывается напряжение широкого спектра частот и по величине резонансного пика амплитудно-частотной характеристики тока в цепи пьезоэлектрика определяет ся величина наведенного пьезомодуля.Однако при известных способах получаютнедостаточную информацшо об электрофизических параметрах пьезоэлектрика, в частности невозможно определить диэлектрическую 25 проницаемость, чувствительность пьезоэлектрика, относительный резонансный промежуток и коэффициент электромеханической связи.С целью получения более точной и достаточно полной информации об электрофизиче- зэ ских параметрах пьезоэлектрика без применения специальной аппаратуры по предлагаемому способу в процессе поляризации измеряется статическая и суммарная емкость пьезоэлектрика и по их соотношению оценивается течение процесса поляризации и электрофизические параметры пьезоэлектрика.При дифференцированном подходе к измерению емкости, в частности при измерении статической и суммарной емкостей пьезоэлектрика, в процессе поляризации можно контролировать протекание процесса поляризации.На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемой установки для осуществления способа контроля процесса поляризации пьезоэлектриков из материала ЦТС; на фиг, 2 - эквивалентная схема пьезоэлектрика вблизи резонансной частоты,Исследуемый пьезоэлектрик 1 вставляется в специальный держатель. На пьезоэлектрик от источника постоянного тока, подключенного к зажимам 2, подается поляризующее напряжение через добавочное сопротивление 3.Измерение суммарной и статической емкостей в процессе поляризации производится измерителем емкостей 4, включенным через разделительную емкость 5.Контроль процесса поляризации ведется путем наблюдения за соотношением суммарной и статической емкостей. После включения по.(8),(4) ляризующего напряжения суммарная и статическая емкости, первоначально имевшие одно и то же значение, изменяются за счет возникновения определенной степени поляризованности пьезоэлектрика. Соотношение статической и суммарной емкостей достаточно полно характеризует течение процесса.Эквивалентная схема пьезоэлектрика состоит из (С,) статической емкости б, (С 1) динамической емкости 7, (1.) динамической индуктивности 8 и (Р 1) динамического сопротивления 9.На частоте намного меньшей, чем резонансная пьезоэлектрик является конденсатором, емкость которого равнаС 1 = Со+Си где Ск - суммарная емкость пьезоэлектрика.Следовательно, суммарную емкость (С. пьезоэлектрика необходимо измерять на ча-) стотах более низких, чем резонансная.Статическая емкость (Со) пьезоэлектрика измеряется на более высоких частотах по сравнению с основной резонансной частотой. Например, для пьезоэлектриков с продольными колебаниями статическая емкость измеряется на частоте =2 р, а для пьезоэлектриков с радиальными колебаниями статическая емкость измеряется на частоте =2,25 р, где р - основная резонансная частота пьезоэлектрика.Измерив суммарную С и статическую Со емкости, легко определить электрофизические параметры пьезоэлектрика.Резонанснаяи антирезонансная а частоты пьезоэлектрика определяются:11 р --2-У ЬС,Из формул 1 и 2 определяют резонансныйпромежуток А=а - р, откуда Резонансная частота р может быть определена предварительно для каждого типоразмера пьезоэлектрика из значений скорости звука или из значений частотной постоянной У. Частотная постоянная или скорость звука, а следовательно, и резонансная частота р практически не изменяются в зависимости от степени поляризованности пьезоэлектрика, и максимальная погрешность в определении резонансной частоты за счет степени поляризованности пьезоэлектрика составляет не более О,5%,Из формулы 3 определяется относительный Резонансный промежуток. Диэлектрическая проницаемость определяется: 11,3 1с55или где 1 - толщина пьезоэлектрика, см;10 5 - площадь электрода, см 2; С. - суммарная емкость, пкф; 15 К - коэффициент, зависящий от площади электродов и толщины пьезоэлектрика. Коэффициент электромеханической связи для пластин и дисков определяется по величине относительного резонансного промежуткаУр Пьезомодуль в динамическом режиме для30 пьезоэлектрика в форме диска: где г - радиус диска, см; р - плотность материала пьезоэлектрика, г/смз; К. - коэффициент, зависящий от материала и диаметра пьезоэлектрика. 45 Пьезомодуль в динамическом режиме для пьезоэлектрика в форме стержня: где 1 - длина пьезоэлектрика, см; 55 Кз - коэффициент, зависящий от материала и длины пьезоэлемента.В условиях серийного производства для 60 пьезоэлектриков различных размеров и материалов целесообразно иметь заранее подсчитанные коэффициенты Кь К и К, или номограммы, по которым можно оперативно воздействовать на процесс поляризации и полу чать желаемые параметры пьезоэлектоиков.296225 Предмет изобр етени я Ри г фиг. 2 Составитель Г. ЧелейТекред 3. Н. Тараненко Коррек 1 ор Т. А. Абрамова Рс,1 актор Т. Морозова Заказ 317/10 Изд.580 Тираж 473 Подписное ПНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4,5Типография. пр. Сапунова, 2 Способ контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектриков как в течение, так и по окончании процесса поляризации, отгичающйся тем, что, с целью увеличения точности и полноты информации об электрофизпческих параметрах пьезоэлектрика, измеряют суммарную и статическую емкости пьезоэлектрика и по их соотношению оценивают 1 ечение процесса поляризации, электрофизические параметры и степень поляризованности пьезоэлектрика.