Mavzu: Pyezoelektrik datchiklar Reja: 1

Mavzu: Pyezoelektrik datchiklar
Reja:


1. Pyezoelektrik datchiklarni tuzulishi va ishlash prinsipi
2. Pyezoelektrik datchiklarning ulanish sxemasi

Pyezoelektrik yunoncha Pyezo siqish orqali elektr zaryadlarini xosil qilish degan ma'noni anglatadi. Pyezoelektrik datchiklarning ishlash prinsipi ba’zi kristall moddalarning mexanik kuch ta’sirida elektr zaryad hosil qilish qobiliyatiga asoslangan. Bu hodisa pyezoeffekt deb ataladi. Per Kyuri pyezoelektrik effektni 1880 yilda kashf etdi, ammo faqat 1950-yillarda ishlab chiqaruvchilar pyezoelektrik effektni sanoat sezgir dasturlarida qo'llashni boshladilar.Pyezoeffekt kvars, turmalin, segnet tuzi, bariy titanat va boshqa moddalar kristallarida kuzatiladi. Bu turdagi asboblarda ko‘pincha kvars ishlatiladi. Kvarsning pezoelektr effekti +500°C gacha bo‘lgan haroratga bog‘liq emas, lekin +570°C dan oshgan haroratda bu effekt nolga teng bo‘lib qoladi. Pyezoelektrik datchik kirish kattaligi (tezlanish, kuchlanish, bosim), chiqish kattaligi tok miqdori bо‘lgan generator tipidagi datchiklarga kiradi.

Pyezoelektrik datchiklarda tashqi ta’sir natijasida kristall moddalarning cho’zilishi va siqilishi tufayli ma'lum qutbga ega bo’lgan elektr zaryadlari paydo bo’ladi. Pyezoelektrik ta'sirining sababi dielektrik kristalining tashqi va tashqi ta'sirlar ta'sirida elektr va mexanik muvozanat holatining siljishi.
Kristall moddaga tashqi mexanik ta’sir uzatilmasa kristall moddaning panjaralari deformatsiyalanmaydi va elektr jihatdan neytral bo’ladi. Agar kristall moddaa tashqi mexanik ta’sir uzatilsa moddaning kristall pajaralari deformatsiyaga uchraydi ya’ni kristall modda atomlarining (ionlarining) nisbiy siljishiga va elektron qobiqlarining deformatsiyasiga olib keladi. Natijada ionllar va elektron polarizatsiya paydo bo'ladi. Ammo ko'pgina kristallarda markaziy simmetriya fazoviy nosimmetrik bo'lganligi tufayli qutblanishni hodisasi yuz bermaydi.
Pyezoelektrik effektni faqat simmetriya markaziga ega bo'lmagan kristallarda xosil qilish mumkin. Pyezoelektrik effektning ko'rinishini namunaviy ko'rib chiqish, misol uchun kvars kristallari yordamida amalga oshirilishi mumkin.Pyezoelektr qoplamalarida zaryadlarning taqsimlanishi (1-rasm)da ko’rsatilgan.

1-rasm.Pyezoelektr qoplamalarida zaryadlarning taqsimlanishi
Belgilanishlar:
1, 2, 3 – kremniyni musbat ionlari;
4, 5, 6 – kislorodni manfiy ionlarini;
Х₁, Х₂, Х₃ – simmetriya o’qlari.
(1b-rasm)da keltirilgan molekulyar bog'lanishda x₁ qutb o'qi bo'ylab mexanik ta’sir uzatilsa u holda kremniy ioni 3 va kislorod ioni 4 ularni o'rab turgan yon ionlar o'rtasida bog’lanish xosil qiladi. Natijada A tekislikda manfiy zaryadlar, B tekislikda musbat zaryadlar paydo bo'ladi.
(1d-rasm)da x₁ga perpendikulyar yo'nalishda siqilganda kremniy ionlari 1 va 2 zaryadli zarrachalar bir xil qarama-qarshi yo'naltirilgan siljishlarni oladi. 5 va 6 kislorod ionlari ham xuddi shunday yo'l tutishadi.Bu holda hujayraning C va D tekisliklar orasidagi o'rtadan o'tgan tekislikka nisbatan simmetriyasi saqlanib qoladi va bu tekisliklarda hech qanday zaryadlar paydo bo'lmaydi. Shu bilan birga, kremniy ioni 3 va kislorod ioni 4 tashqi tomonga siljiydi, shu tufayli A tekislikda musbat zaryadlar va B tekislikda manfiy zaryadlar paydo bo'ladi (bu ko'ndalang pyezoelektrik effect hisoblanadi). Ko'rib chiqilgan modeldan kelib chiqadiki, siqishni kuchlanish bilan almashtirish elektr zaryadlari taqsimlanishiga olib keladi va qutblanish kristall deformatsiyasiga to’g’ri mutanosib. Pyezo materialga bosim yoki tezlashuv qo'llanilganda, kristall qirralarda ekvivalent miqdordagi elektr zaryadi hosil bo'ladi. Elektr zaryadi tashqaridan uzatiladigan bosimga chiziqli bog’langan bo’ladi. Pyezoelektrik datchikdan statik bosimni o'lchash uchun foydalanib bo'lmaydi. Doimiy bosimda chiqish nolga teng bo'ladi. Pyezoelektrik datchikning ishini quyidagicha umumlashtirish mumkin.Pyezoelektrik kristalida zaryadlar aniq muvozanatli va assimetrik tartibda joylashgan. Zaryadlarning ta'siri bir-birini kompensatsiya qiladi va shuning uchun kristalli sirtlarda aniq zaryad topilmaydi.
Kristallga tashqi uzatilib qisqarganda, kristaldagi zaryadlar orasidagi muvozanat buzuladi.
Binobarin zaryadning ta'siri o'zaro kompensatsiya qilinmaydi, bu esa kristalning qarama-qarshi yuzlarida sof musbat va manfiy zaryad paydo bo'lishiga olib keladi.
Shuning uchun, kristalni siqib, qarshi tomonda kuchlanish hosil bo'ladi va bu pyezoelektrik deb nomlanadi.
Pyezoelektrik kristalliga tashqi ta’sir uzatilganda qoplamalarda zaryaplarning qayta taqsimlanishi,hamda qoplamalar sig’imining o’zgarishi va ular orasidagi kuchlanish kabi parametrlarni hisoblab topamiz.
1) Pyezoelektrik kristall qoplamasida qayta taqsimlanadigan zaryad miqdori
(Kl/N) (1)
K₀ – pyezoelektrik doimiy;
F_x – kuch.
2) Bitta plastina sig‘imi
(pF) (2)
С₀ - bitta plastina sig‘imi ;
- dielektrik о‘tkazuvchanlik ;
D – plastina diametri;
a va b – plastina tomonlari(tо‘g‘ri tо‘rtburchak);
d – plastina qalinligi.
3) Qatlamlar orasidagi kuchlanish
(V) (3)
С_k - о‘lchanayotgan zanjir sig’imi
n – plastinalar soni;
4). Datchik sezgirligi
(V/N) (4)
S_d – datchik sezgirligi
Ushbu effektni kvarts soatlarida ko'rish mumkin. Kundalik ishda qo'l soati generator sifatida ishlaydigan kvarts rezonatoridan foydalanadi. Amaldagi element silikon dioksiddir. Kristallga elektr signal berilganda, kristall tebranadi, bu soat ichida harakatni vaqti-vaqti bilan sozlashga yordam beradi. Piezo buzzeri ham yaxshi misoldir. Bunday holda, kristalga kattalik va chastota qiymatiga ega bo'lgan ma'lum bir kuchlanish qo'llaniladi, bu esa kristalni tebranishiga olib keladi. Vibratsiya ovozga aylanadi.