Описание установки для определения величины пьезомодуля пьезоэлектрического материала

Данная установка состоит из нагружающего узла, в который помещен образец твердотельного конденсатора, выполненного из пьезоэлектрика, и вольтметра, регистрирующего напряжение, возникающее на твердотельном конденсаторе. Функциональная схема установки представлена на рис. 1. Образец представляет собой пластину пьезоэлектрика, покрытую с двух сторон металлическим слоем, к которому присоединены проводники. Эти проводники соединяют образец с пиковым вольтметром. Определение величины пьезомодуля основано на измерении величины напряжения, возникающего при появлении поляризации пьезоэлектрика, вследствие его деформирования. Величина пьезомодуля может быть найдена посредством использования соотношения (1), при равенстве нулю внешнего электрического поля. Величина механических напряжений находится посредством использования формулы:

, (3)

где - вес груза, - площадь поперечного сечения образца или опорной шайбы. Для создания равномерно нагруженного состояния необходимо, чтобы площадь опорной шайбы была равна площади образца.

Рис. 1

Т.к. величина модуля вектора поляризации равна плотности поверхностных зарядов на поверхности пластины пьезоэлектрика, то можно рассчитать величину электрического напряжения , возникающего при поляризации пьезоэлектрика, вследствие создания в нем механических напряжений. Этот расчет можно вести как в плоском конденсаторе, с емкостью :

.

Поверхностная плотность зарядов для плоского конденсатора равна:

, (4)

где - относительная диэлектрическая проницаемость, - абсолютная диэлектрическая проницаемость, - толщина образца. Величина пьезомодуля, для простейшего случая ориентации приложения механических напряжений и кристаллографических осей кристалла, может быть найдена согласно формуле:

. (5)