ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пьезоэлектрические преобразователи из "Ультразвук в процессах химической технологии" Явление прямого пьезоэффекта, заключающееся в возникновении зарядов на гранях кристаллов некоторых веществ при их растяжении и сжатии, было открыто в 1880 г. братьями Кюри. [c.32] В направлении оси Х1 (рис. 18,6), то на поверхности А появится отрицательный, а на поверхности В — положительный заряд (продольный пьезоэффект). В случае сжатия рассматриваемой ячейки в направлении, перпендикулярном оси (рис. 18, е), на поверхностях А н В появятся соответственно положительные (поверхность А) и отрицательные (поверхность В) заряды (поперечный пьезоэффект). При подаче электрического тока на грани такого кристалла с помощью специальных электродов его размеры будут меняться с частотой, равной частоте тока,— в этом и состоит обратный пьезоэффект. [c.32] Для получения интенсивных колебаний в пьезоэлектрических излучателях используют главным образом кристаллы кварца и титанат бария. [c.33] Для излучения продольных волн применяются вибраторы (пластины х-среза), вырезанные из кристалла кварца — по толщине перпендикулярно полярной оси х и по длине параллельно механической оси у (рис. 19). [c.33] Поперечные колебания, излучаемые с помощью пластин у-среза, т. е. ориентированных по оси у, в жидкостях и газах не распространяются. [c.33] Интенсивные колебания кварцевой пластины могут быть получены при подаче на ее электроды электрического тока достаточно высокого напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний вибратора. [c.33] Первые опыты по воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний на различные физико-химические процессы были поставлены на пьезокварцевой установке [1]. В настоящее время установки такого типа почти не используются в промышленных условиях для интенсификации производственных процессов, однако находят широкое применение в лабораторной технике, так как позволяют проводить исследования в очень широком диапазоне частот и интенсивностей. [c.33] Конструкции кварцедержателей можно классифицировать по виду применяемых в них электродов. [c.35] Недостатками этой конструкции являются интенсивная эрозия серебряных электродов, находящихся в контакте с озвучиваемой жидкостью, и сложность предохранения трансформаторного масла, в которое погружен кварцедержатель, от увлажнения и загрязнения.Пробивная прочность самого кварца весьма высока, поэтому разрушение кварцевых вибраторов чаще всего бывает связано с низкой пробивной прочностью среды — трансформаторного масла. В случае пробоя между электродами в дуге вблизи кварцевой пластины имеет место существенное (до 1000°) повышение температуры, которое и приводит к механическому разрушению кварца. Для предохранения серебряных электродов от эрозионного разрушения можно применять специальные защитные покрытия [42]. Однако для некоторых целей более эффективно заменить верхний серебряный электрод электродом другого типа, например раствором электролита или полуволновой металлической пластиной. [c.35] Сэл—скорость звука в материале электрода. [c.36] Весьма эффективным, в частности при исследовании воздействия ультразвука на различные процессы химической технологии, оказался кварцедержатель, в котором в качестве верхнего электрода применен раствор электролита (рис. 23). Такой кварцедержатель позволяет озвучивать разные, в том числе химически агрессивные, среды при условии предохранения трансформаторного масла от загрязнения при этом благодаря применению жидкого электрода создается достаточно хороший контакт его с поверхностью кварца. [c.36] Существенными недостатками пьезокварцевых преобразователей, ограничивающими возможность их промышленного применения, являются малая площадь излучения (ограниченная небольшими размерами естественных кристаллов кварца и их высокой стоимостью) и необходимость применения высокого напряжения (до нескольких десятков киловольт при получении высокоинтенсивных колебаний). [c.36] Интенсивность, снимаемая с поверхности излучателя, ограничена механической, электрической и термической прочностью конструкции. Вследствие сравнительно больших механических и диэлектрических потерь и низкой (порядка 100—120°) точки Кюри титаната бария предельное значение интенсивности ультразвуковых колебаний у поверхности этих вибраторов в настоящее время составляет 3—6 вт/см . В то же время применение фокусирующих систем дает возможность достигать высокой, интенсивности (имеются сведения о получении в фокусе силы звука 5000 вт/см [70]), причем по мере необходимости лишь в отдельных участках объема, в частности в удалении от поверхности излучателя. В связи с этим поверхность излучателя не подвергается разрушающим ударам кавитационных пузырьков и в передающей среде не возникают дополнительные потери, связанные с кавитацией. [c.37] Основные типы применяемых фокусирующих излучателей из титаната бария показаны на рис. 24. [c.37] Изучение звуковых фокусирующих систем в Акустическом институте АН СССР привело к серьезным результатам, имеющим теоретическое и практическое значение. Разработанная Л. Д. Розенбергом с сотрудниками теория действия звуковых фокусирующих систем позволяет, в частности, оценить эффективность различных видов этих систем и может служить основой для инженерного расчета [71]. [c.37] Вернуться к основной статье