|
|
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.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.