БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Габаритный и электрический расчет многослойного ПП. Схема замещения»
МИНСК, 2008
Исходные данные: Pa, вид колебаний, fo, марка пьезоэлектрического материала (ПЭМ) и его физические характеристики. Основными параметрами ПЭМ являются пьезомодули dij (Кл/м), диэлектрические проницаемости еij, модули упругости Eij, скорость звука C, tgд, механическая добротность иm. Параметры ПП зависят от формы.
Расчет делится на две части:
1. Габаритный расчет.
2. Электрический расчет.
Габаритный расчет
Рисунок 1 - Преобразователь многослойный.
1. Выбираем размеры активного элемента
, (1)
где зэа - ожидаемый электродинамический КПД преобразователя,
l2 - выбирается из справочника или условия механической прочности.
2. Для обеспечения стабильной работы преобразователя рабочую накладку рекомендуется выбирать из материала с малым волновым сопротивлением и высокой добротностью. Например, из сплава D16 (с ? 7,8 г/см3; C ? 5,2•103 м/c).
3. Продольные размеры элементов многослойного преобразователя определяются из условия продольного резонанса
, (2)
где цi - сдвиг фаз на каждом элементе пакета;
i - индекс элемента пакета 1, 2. 3, …;
- волновое число i -того элемента;
- волновое сопротивление элемента.
Выбор размеров элементов ПП лучше начинать с
. (3)
. (4)
. (5)
Поскольку в условиях резонанса разный сдвиг фаз равен р
. (6)
Общая длина преобразователя
. (7)
Эффективность работы преобразователя сильно зависит от положения пьезоэлемента (ПЭ) в системе узел - пучность. Наиболее тяжелые условия с точки зрения механических нагрузок создаются при помещении ПЭ в узел колебаний (плоскость максимальных механических напряжений). В этом случае удельная мощность ограничивается прочностью керамики. Высокий КПД получается при размещении ПЭ на конце преобразователя. При этом уменьшается механическое напряжение в рабочем сечении, что позволяет увеличить Pэ. Однако при этом значительно возрастает входное сопротивление преобразователя, что требует увеличения питающего напряжения. При размещении ПЭ в узле колебаний (минимуме механических напряжений) и выполнении отражающей накладки из материала с большим волновым сопротивлением становится сильно заметным влияние дестабилизирующих факторов (температуры, нагрузки, системы крепления). Оптимальным считается размещение ПЭ между узловой плоскостью и торцом пакета. При этом прочность, КПД и стабильность будут достаточно высокими.