Использование межпредметных связей при изучении композиционных электроактивных материалов в курсе магистратуры
Дипломная работа - Педагогика
Другие дипломы по предмету Педагогика
ть, что модуль всестороннего сжатия (гидростатический) равен:
dn = d33-2d3l. (7)
Так же широко распространены динамические методы.
Одним из существенных недостатков методов исследования пьезоэлектрических свойств полимеров является то, что при измерениях моделируются условия, которые не соответствуют реальным, так* как полимерные пьезоэлементы используются для обнаружения и воспроизведения сигналов при более высоких частотах (так, в микрофонах, гидрофонах фиксируются колебания частоты 102 - 105Гц). Кроме того, при статических испытаниях основную роль играют медленно протекающие процессы, например поляризация Максвелла Вагнера, а также возможны локальные изменения температуры, приводящие к пироэффекту, что вносит дополнительный вклад в измеряемый пьезомодуль.
Простейший прибор для определения пьезоэлектрических свойств в динамических условиях представляет собой звукоизолированную камеру, в которой помещен генератор (динамик) и образцовый, предварительно отградуированный, измерительный микрофон, измеряющий интенсивность генерируемого сигнала. Рядом с микрофоном помещают измеряемый образец пьезополимера, снабженный электродами и выводами. Фактически измеряется чувствительность пьезоэлемента как микрофона J (в В/Па), которую затем пересчитывают в пьезомодуль:
d=J??0/L (8)
где ?-диэлектрическая проницаемость материала, L-толщина образца.
В зависимости от геометрии пьезоэлемента и камеры измеряют dnили d33 в последнем случае затем рассчитывают d33, используя формулу (7).
Пьезомодули d31 и d32полимеров в динамическом режиме определяют также методом вынужденных колебаний на установке, показанной на рис.5. Установка позволяет определять не только пьезомодули, но и угол механических потерь ? и модуль упругости Еу при растяжении в динамических условиях.
Установка состоит из корпуса, на котором укреплены термокамера и электродвигатель с механическим приводом, В термокамеру помещают образец в виде полоски толщиной 0.05-1 мм и размером 10120 мм. Камера имеет принудительную вентиляцию и обогрев, температура в камере поддерживается автоматически.
Рис.5. Установка для определения пьезомодуля d31 при динамическом растяжении:
-основание; 2-индукционный датчик для измерения деформации; 3-термокрнокамера: 4 - образец; 5 - электрод на образце; 6 - верхний (неподвижный) зажим; 7 - нижний (подвижный) зажим; 8-шток; 9-пружина; 10-экiентрик; 11-рамка; 12-индукционный датчик для измерения нагрузки; 13 - электродвигатель; 14 - электродвигатель вентилятора.
Механический привод состоит из экiентрика, укрепленного на валу электродвигателя, каретки, перемещающейся вверх-вниз по направляющим, двух пружин и штока, через который передастся деформация растяжения на образец. Шток жестко соединен с нижним (подвижным) зажимом, который по направляющим может передвигаться вверх-вниз. Образец закрепляют в зажимах и подвергают деформации растяжения синусоидальной формы с частотой около 20 Гц. К электродам, нанесенным на поверхность образцов, с помощью контактного зажима прикрепляются гибкие проводники, соединенные экранированным кабелем с входом вольтметра.
Измерение нагрузки и деформации проводят с помощью индукционных датчиков, соединенных с верхним штоком и кареткой экiентрика. Величину деформации измеряют по сигналу с верхнего датчика (№ 1), сигнал с которого совпадает по амплитуде и по фазе с деформацией образца. Сигнал с датчика № 2 совпадает по фазе с механической нагрузкой. Сигналы с датчиков № I и № 2 подаются на избирательный усилитель, который выделяет полезные сигналы (20 5 Гц) и усиливает их до амплитуд, необходимых для нормальной работы: после усиления сигналы подаются на вход фазочувствительного усилителя, причем сигнал с датчика № 2 опорный, сигнал с выхода усилителя пропорционален углу сдвига фаз 8Ы" между механической нагрузкой и деформацией. Сигналы, пропорциональные разнице потенциалов (от деформации образу) ?V. углу сдвига фаз нагрузке и деформации, полаются на ось ординат двух координатного самопишущего потенциометра, а на ось абiисс подается сигнал от термопары, установленной в термокамере. После соответствующих расчетов получают температурные зависимости пьезомодуля и тангенса угла механических потерь tg ?мех
Измерение пьезомодулей d3l и d32 полимерных пьезопленок в диапазоне частот 102-104 Гц проводят также методом пьезоэлектрического трансформатора. На образец пленки в виде полоски наносят электроды, один из которых разделен на две равные части поперечным зазором. На одну половину образца подают переменное напряжение от внешнего генератора U1 при этом вследствие механических колебаний, генерируемых в образце из-за обратного пьезоэффекта, на второй половине образца появляется переменное напряжение U2, которое и измеряется. По величине отношения U2/U1рассчитывают коэффициент электромеханической связи к:
k2 =2/ (1+U1/U2) (8)
Поскольку U1>>U2, то к2?2U2/U1.
По значению к рассчитывают пьезомодуль:
d=k/Ey (9)
Модуль упругости Еу рассчитывают по резонансной частоте образца или определяют отдельно.
В ряде случаев измеряют не только суммарный пьезомодуль, но и комплексный d* и его компоненты: