|
| |
|
|
Měření parametrů piezoelektrických aktivních prvků snímačů akustické emise
Fialka, Jiří ; Erhart,, Jiří (oponent) ; Sedlák, Petr (oponent) ; Beneš, Petr (vedoucí práce)
Práce se věnuje problematice měření parametrů piezoelektrických materiálů a vlivu teploty na jejich stabilitu. V úvodní části je stručně vysvětlena problematika piezoelektrického jevu, jeho využití, způsob výroby piezoelektrických materiálů a metody měření jejich vlastností. V praktické části práce je přehledně uveden postup měření a výpočtu kompletní matice materiálových koeficientů z definovaných vzorků PZT keramiky. Postupnou úpravou dostatečně velkého disku byla vyrobena celá sada piezoelektrických vzorků pro všechny typy kmitů, splňující kritéria příslušných norem. Tenký plátek pro příčně podélné kmity, tenký disk pro radiální a tloušťkové kmity, váleček pro tloušťkově podélné kmity a tenký plátek pro tloušťkově střižné kmity. Ke stanovení matice koeficientů a popisu postupu měření byla použita keramika NCE51 firmy Noliac, příp. i starší PCM51. V obou případech se jedná o měkkou PZT keramiku složenou z tuhých roztoků zirkoničitanu olovnatého a titaničitanu olovnatého Pb(Zr1-x,Tix)O3. Vzájemný molární poměr zirkonu a titanu definuje krystalografickou strukturu uvnitř keramiky a jednotlivé fázové přechody. Skutečná struktura a chemické složení měřených vzorků byly ověřeny rentgenovou difrakční spektroskopií respektive prvkovou analýzou energiově disperzní spektroskopií (EDS). K měření vzorků a následnému výpočtu všech koeficientů byla použita frekvenční metoda. Pro měření bylo využito precizního impedančního analyzátoru Agilent 4294A a měřicí pinzety Tweezers Contact Test Fixture 16334A. Provedenými experimenty byla ověřena možnost rychlého stanovení kompletní matice koeficientů piezoelektrické keramiky bez větších nároků na výrobu sady vzorků nutných pro měření. Získaná hodnota nábojového koeficientu byla ověřena přímými metodami, optickou metodou využívající laserového interferometru, vibrometrickou metodou a metodou skokové změny síly působící na element. Na základě provedených měření a experimentů byly metody porovnány a definovány jejich výhody a nevýhody. Hlavní pozornost byla věnována problematice chování piezoelektrického materiálu při teplotách v okolí Curieova bodu. Depolarizace zvýšenou teplotou v okolí Curieova bodu je významnou materiálovou vlastností PZT keramiky, která je však obtížně měřitelná. Využití běžné vibrometrické metody (d33-metry) pro měření teplotních závislostí je technologicky náročné, proto byla použita pro stanovení teplotních závislostí frekvenční metoda. Jako indikátor zobrazující stav depolarizace PZT keramiky byl zvolen piezoelektrický nábojový koeficient, jehož hodnotu lze frekvenční metodou dobře měřit. Přesnost frekvenční metody byla ověřena porovnáním s vibrometrickou metodou na různých rozměrech válečků z PZT keramiky NCE51, určených pro podélné typy kmitů. Výsledkem práce je ověřená metodika měření, která umožňuje dosáhnout přesného stanovení hodnoty Curieova bodu, tzn. fázového přechodu keramiky do kubické krystalografické struktury. Experiment rovněž prokázal možnost postupné řízené depolarizace keramiky pomocí vysoké teploty a současně i hranice teploty, při kterých již začíná docházet k nevratné změně piezoelektrických vlastností PZT keramiky. U keramiky NCE51 respektive PCM51 dochází k nevratným změnám na 95% Curieovy teploty.
|
|
|
Návrh mikroaktuátoru s využitím SMART materiálů
Hradil, Aleš ; Houška, Pavel (oponent) ; Hadaš, Zdeněk (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá návrhem mikroaktuátoru s využitím SMART materiálu. První část srovnává skupinu SMART materiálů vhodnou na konstrukci aktuátorů z pohledu reakce na podnět zejména formou deformace. Druhá část se věnuje teorii piezoelektrického jevu, popisu přímého a nepřímého jevu, vysvětlením piezoelektrických konstant a charakteristice piezoelektrických materiálů. Popisuje základní typy piezoelektrických aktuátorů a principu činnosti piezoelektrických motorů. Poslední část se věnuje problematice modelování piezoelektrického materiálu v modelačním programu ANSYS 13.0, návrhu geometrie aktuátoru, dimenzování geometrických parametrů a zhodnocení vlivu změn těchto parametrů na výsledný pohyb.
|
|
|
Teplotní závislost elektronického šumu piezokeramických snímačů
Shromáždil, Petr ; Rampl, Ivan (oponent) ; Majzner, Jiří (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce s názvem Teplotní závislost elektronického šumu piezokeramických snímačů je navrhnout pracoviště pro měření teplotní závislosti šumu piezokeramického snímače. V programové části je navržena aplikace pro řízení procesu měření. Teoretická část je zaměřena na vlastnosti materiálů pro výrobu piezokeramických snímačů. Zde jsou popsány základní jevy, které se uplatňují při jevech souvisejících s příčinou vzniku piezoelektrického jevu a materiálovou strukturou. Další část práce se zabývá technologií výroby zkoumané piezokeramiky. Jsou zde také popsány vlastnosti a chování tuhých roztoků typu PbZrO3 – PbTiO3. Dále jsou zde popsány nedestruktivní metody zkoušení materiálů. Pozornost je zaměřena na metodu akustické emise. Praktická část se zabývá realizací pracoviště a programovým vybavením. Zkoumaným vzorkem je PZT snímač akustické emise vyrobený z piezokeramického materiálu PCM-51. Nachází se ve válcové komoře, která je vytápěna pomocí zdroje stejnosměrného proudu. Měření teploty je realizováno pomocí měřící ústředny. Výsledky měření jsou ukládány do počítače, kde jsou následně zpracovány v programovém prostředí MATLAB. Výsledkem je frekvenční závislost výkonové spektrální hustoty šumového napětí SU. Z této charakteristiky jsou zhotoveny závislosti velikostí a polohy rezonančních špiček při měřených teplotách.
|
|
|
Měření parametrů piezoelektrických materiálů
Fialka, Jiří ; Fidler, Petr (oponent) ; Beneš, Petr (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá piezoelektrickými koeficienty, rezonanční frekvencí, především pak ověřením piezoelektrických konstant. Za pomoci přístrojů, jako např. LCR metru HIOKI 3532, impedančního analyzátoru Agilent 4294A a LCR metru Agilent E4980A je měřena rezonanční ,antirezonanční frekvence spolu s impedancí a kapacitancí vzorků. Nejprve je práce zaměřena na teorii piezoelektrického jevu, rozdíl mezi přímým a nepřímým piezoelektrickým jevem, popisuje základní chování piezoelektrického prvku během mechanického namáhání nebo přiloženého elektrického napětí. Dále se zabývá popisem jednotlivých piezoelektrických konstant a jejich výpočty. Další část práce je zaměřena na teplotní závislost hlavních piezoelektrických parametrů u PZT keramiky. Následující materiálové koeficienty jsou pak vykresleny v závislosti na teplotě, piezoelektrické nábojové konstanty, relativní permitivity, elektromechanického vazebního koeficientu a frekvenční konstanty. Jedna kapitola je zaměřena na určení piezoelektrické nábojové konstanty dij piezokeramiky pomocí laserového interferometru a porovnání s hodnotou získanou frekvenční metodou. Posuv plochy povrchu je měřen pomocí jednosvazkového interferometru Polytec OFV-5000. Výsledky měření pro piezoelektrický nábojový koeficient d33 získané z obou metod jsou totožné. Poslední část práce je zaměřena na různé metody experimentálního studia charakteristik přenosu tepla pomocí šíření tepla vedením mezi postříbřenými plochami u válečku z piezokeramiky, je sledován vliv na rezonanční a antirezonanční frekvenci. Poté je porovnáváno skutečné šíření tepla, diagnostikováno pomocí termokamery a fyzikálního modelu šíření tepla, vytvořeného v programu COMSOL Multiphysics.
|
host ::
RSS.