Авторы:

Е. И. Кожеуров Е. Д. Федченко В. С. Холопов В. В. Кочетыгов
Е. И. Кожеуров Е. Д. Федченко В. С. Холопов В. В. Кочетыгов

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПОЛЯРИЗАЦИИ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ

Номер патента: 296225


Союз Советских Социалистических Республик
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства № — Заявлено 25.VIH.1969 (№ 1359114/26-9)
с присоединением заявки № —

Приоритет —
Опубликовано 12.11.1971. Бюллетень № 8

| Дата опубликования описания 2.У1.1971

296225

МПК н ОЗЬ 3/02

УДК 621.372.412(088.8)

Авторы
изобретения Е. И. Кожеуров, Е. Д. Федченко, В. С. Холопов и В. В. Кочетыгов

Заявитель

| сдг.оо:с:ндя I
!    Пи..и Ш -ш.гЩпйЯ
[ библиотека

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ПОЛЯРИЗАЦИИ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКОВ

1
Изобретение относится к технологии производства компонентов радиоаппаратуры и
может быть использовано для контроля процесса поляризации керамических
пьезоэлектри-
Известны способы контроля процесса поля- 5 ков.
ризации керамических пьезоэлектриков, при которых исследуемый пьезоэлектрик
помещается в ультразвуковое поле излучателя; под действием последнего на
электродах ю пьезоэлектрика появляется переменное напряжение, пропорциональное
наведенному пьезомодулю.
Известны также способы контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектри-
15 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- 20 ся величина
наведенного пьезомодуля.
Однако при известных способах получают недостаточную информацию 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-
30
2
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-19; 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 н статической емкостей. После включения по-


296225

3
ляризующего напряжения суммарная и статическая емкости, первоначально имевшие
одно и то же значение, изменяются за счет возникновения определенной степени
поляризованное™ пьезоэлектрика. Соотношение статической и суммарной емкостей
достаточно полно характеризует течение процесса.
Эквивалентная схема пьезоэлектрика состоит из (Со) статической емкости 6, ((К)
динамической емкости 7, (¿1) динамической индуктивности 8 и (#1) динамического
сопротивления 9.
На частоте намного меньшей, чем резонансная пьезоэлектрик является
конденсатором, емкость которого равна
Су = Со+Сь
где (К — суммарная емкость пьезоэлектрика.
Следовательно, суммарную емкость (С к пьезоэлектрика необходимо измерять на ча-
) слотах 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 Су и статическую С0емкости, легко определить
электрофизические параметры пьезоэлектрика.
Резонансная /р и антирезонансная /а частоты пьезоэлектрика определяются:
к =-г1~—    (2)
[ . СгСр
271 У 11 см
Из формул 1 и 2 определяют резонансный промежуток Д/=/а — /р, откуда
) (3)
Резонансная частота /р может быть определена предварительно для каждого
типоразмера пьезоэлектрика из значений скорости звука или из значений частотной
постоянной N. 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 0,5%.
Из формулы 3 определяется относительный резонансный промежуток.
4
Диэлектрическая проницаемость определяется:
_ 11,3 *    -
или
е = Д,С\,    (5),
где I — толщина пьезоэлектрика, см;
5 — площадь электрода, сж2;
С г —суммарная емкость, пкф;
К1 — коэффициент, зависящий от площади электродов и толщины пьезоэлектрика.
Коэффициент электромеханической связи для пластин и дисков определяется по
величине относительного резонансного промежут-
Пьезомодуль в динамическом режиме для пьезоэлектрика в форме диска:
¿    0^1/Т
г-и V р
или
(131 = КгКы    (7),
где г — радиус диска, см;
р — плотность материала пьезоэлектрика, г/ежз;
Кг — коэффициент, зависящий от материала и диаметра пьезоэлектрика.
Пьезомодуль в динамическом режиме для пьезоэлектрика в форме стержня:
31 ~ у 64Р/2/3
или
¿.1 = *.]/ (8),
где I — длина пьезоэлектрика, см;
Кг—коэффициент, зависящий от материала и длины пьезоэлемента.
В условиях серийного производства для пьезоэлектриков различных размеров и
материалов целесообразно иметь заранее подсчитанные коэффициенты Кь Кг и Кг или
номограммы, по которым можно оперативно воздействовать на процесс поляризации и
получать желаемые параметры пьезоэлектриков.


296225
5    6
Предмет изобретения
Способ контроля процесса поляризации керамических пьезоэлектриков как в
течение, так и по окончании процесса поляризации, от- 5 личающийся тем, что, с
целью увеличения точности и полноты информации об электрофизических параметрах
пьезоэлектрика, измеряют суммарную и статическую емкости пьезоэлектрика и по их
соотношению оценивают течение процесса поляризации, электрофизические параметры
и степень поляризованно-сти пьезоэлектрика.
j
0—-СНУ
2
J3

5
ih

□ >

Фи г л

Фиг. 2

Составитель Г. Челей
Редактор Т. Морозова Техред 3. Н. Тараненко Корректор Т. А. Абрамова
Заказ 1317/10    Изд. № 580    Тираж 473    Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2