3.4 Влияние пьезоэлектрических элементов колебательных систем на работу электронного генератора
При проектировании и изготовлении ультразвуковых колебательных систем на основе пьезоэлектрических элементов необходимо уменьшить влияние еще одного дестабилизирующего фактора - зависимости собственных электрических параметров пьезоматериалов от времени. Известно, что при нагревании пьезоэлементов колебательной системы в процессе эксплуатации до температуры 120°С, их собственная электрическая емкость возрастает примерно на 50% (см. таблицу 3.1) и после охлаждения не возвращается к исходному значению. При длительной эксплуатации станков (до 3....12 месяцев) происходит постепенное увеличение собственной емкости пьезоэлементов в холодном состоянии приблизительно в полтора раза и соответствующее 50% увеличение при эксплуатации (из-за нагрева во время работы станка). Такая ситуация приводит к потере эффективности используемых станков в процессе длительной эксплуатации, выходу из строя электронных схем и требует или длительной технологической приработки при изготовлении станков с последующей окончательной настройкой, или перенастройки станков в ходе эксплуатации у потребителя. Оба эти пути на практике не реализуемы.
Поэтому, для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов, обусловленных изменениями собственных электрических параметров пьезоматериалов, используется предварительная стабилизация собственной емкости и собственных потерь пьезоэлементов. Осуществляется это путем предварительного прогрева пьезоэлементов до температуры 200...220°С с последующим медленным охлаждением и выдержкой в нормальных условиях до начала эксплуатации не менее 2…3 месяцев. После выдержки пьезоэлементов в нормальных условиях в течение трех месяцев собственная емкость стабилизируется и в дальнейшем, при эксплуатации, не изменяется. Пример результатов предварительной стабилизации различных пьезоэлементов представлен в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Результаты стабилизации параметров пьезоэлементов
| Собственная емкость пьезоэлемента, пФ | ||||
| № пьезоэлемента |
Исходное состояние (заводская поставка) |
Нагрев до 200 °С и охлаждение | После трех месяцев выдержки в нормальных условиях | Среднее значение между исходным значением и после нагрева |
|
1 |
1,12 | 2,09 | 1,63 | 1,62 |
| 2 | 1,14 | 2,13 | 1,68 | 1,64 |
| 3 | 1,17 | 2,58 | 1,91 | 1,88 |
| 4 | 1,15 | 2,77 | 1,89 | 1,96 |
| 5 | 1,12 | 2,09 | 1,63 | 1,61 |
| 6 | 1,09 | 2,05 | 1,58 | 1,57 |
| 7 | 1,45 | 2,06 | 1,64 | 1,76 |
| 8 | 1,46 | 2,76 | 2,12 | 2,11 |
| 9 | 1,17 | 2,56 | 1,89 | 1,87 |
| 10 | 1,07 | 2,03 | 1,56 | 1,55 |
Полученные результаты показывают, что стабилизированное значение собственной емкости достаточно точно соответствует среднему значению между исходным значением емкости и значением емкости после нагревания и охлаждения. Эти данные позволяют осуществлять предварительную настройку станков, зная какой будет емкость пьезоэлементов в момент эксплуатации.
