Расчет пьезоэлектрического преобразователя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Омский государственный технический университет»

Радиотехнический факультет

Функциональная электроника

Практическая работа

«Расчет пьезоэлектрического преобразователя»

Фрик Д.М.

Омск 2021

Цель работы: Изучить принцип действия, конструкцию и основные характеристики пьезоэлектрического преобразователя на основе пьезокерамики и органического пьезоматериала и произвести расчет его конструктивных параметров и характеристик.

Задание к работе:

1. Определить толщину пьезоэлектрического преобразователя.

2. Определить значение электрической емкости преобразователя.

3. Определить эквивалентное электрическое сопротивление преобразователя на резонансной частоте.

4. Определить реактивное сопротивление преобразователя на резонансной частоте.

5. Записать выражения для импеданса преобразователя на резонансной частоте.

Методика выполнения работы:

Расчет преобразователя производят в следующей последовательности:

1. Рассчитывают толщину пьезоэлектрического слоя преобразователя. Толщина данного слоя определяет резонансную частоту преобразователя, которая соответствует его рабочей частоте. Исходя из этого, для расчета толщины преобразователя используется следующее выражение:

пьезоэлектрический преобразователь реактивный

,

где - толщина пьезоэлектрического слоя; - скорость акустической волны в используемом пьезоэлектрическом материале.

2. Определяют значение электрической емкости преобразователя,

,

где - электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Ф/м; - относительная диэлектрическая проницаемость материала пьезоэлектрического слоя.

3. Рассчитывают эквивалентное электрическое сопротивление преобразователя на резонансной частоте, которое равно , так как эквивалентное реактивное сопротивление на этой частоте равно нулю:

,

где - коэффициент электромеханической связи, характеризующий пьезоэлектрический материал.

4. Определяют реактивное сопротивление преобразователя на резонансной частоте,

.

Расчет преобразователя Холла:

Исходными данными для расчета конструктивных параметров и характеристик пьезоэлектрического преобразователя являются:

- рабочая частота преобразователя,- 4Мгц;

- длина преобразователя,- 5 мм;

- ширина преобразователя,- 1,5 мм;

- материал пьезоэлектрического слоя - керамика PZT-5.

1. Толщина пьезоэлектрического слоя преобразователя:

где - толщина пьезоэлектрического слоя; - скорость акустической волны в используемом пьезоэлектрическом материале.

d = = 0,000543 м.

2. Значение электрической емкости преобразователя, :

,

где - электрическая постоянная, равная 8,85·10^-12 Ф/м; - относительная диэлектрическая проницаемость материала пьезоэлектрического слоя.

Со = ? 2,6 * Ф.

3. Эквивалентное электрическое сопротивление преобразователя на резонансной частоте, которое равно , так как эквивалентное реактивное сопротивление на этой частоте равно нулю:

пьезоэлектрический преобразователь реактивный

,

где - коэффициент электромеханической связи, характеризующий пьезоэлектрический материал.

Rа = = ? 2,3* Ом.

4. Реактивное сопротивление преобразователя на резонансной частоте, :

.

Хо = ? 165* Ом.

5. Записать выражения для импеданса преобразователя на резонансной частоте:

Z = Rа + iXо

Z = 2,3*+ (-1*165*)= 2300 - 165000 = 0.0000061463.

Вывод: В данной работе мы изучили принцип действия, конструкцию и основные характеристики пьезоэлектрического преобразователя на основе пьезокерамики и органического пьезоматериала и произвели расчет его конструктивных параметров и характеристик.

Размещено на Allbest.ru