Отечественные пьезокерамические материалы для датчиков механических величин / Domestic Piezoceramic Materials for the Mechanical Quantity Piezoelectric Sensors

Панич А. Е. / Panich, A.E.
Институт высоких технологий и пьезотехники; Южный федеральный университет / Southern Federal University
Выпуск в базе РИНЦ
Панич А. Е. Отечественные пьезокерамические материалы для датчиков механических величин // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 1(31). С. 30–35. DOI: 10.25210/jfop-1901-030035
Panich, A.E. Domestic Piezoceramic Materials for the Mechanical Quantity Piezoelectric Sensors // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 1(31). P. 30–35. DOI: 10.25210/jfop-1901-030035

Аннотация: В настоящее время существует широкая номенклатура пьезокерамических материалов (ПКМ), что позволяет создавать различные пьезоэлектрические устройства, среди которых важное значение для нужд промышленности имеют пьезодатчики механических величин (ПДМВ), которые служат для измерения вибрационного и ударного ускорений, динамического давления и силы и используют явление прямого пьезоэлектрического эффекта. Несмотря на постоянное совершенствование ПДМВ, их метрологические и эксплуатационные характеристики не всегда удовлетворяют все возрастающим техническим требованиям из-за отсутствия материалов с соответствующими электрофизическими параметрами, поэтому необходим выбор ПКМ с наиболее оптимальными электрофизическими и механическими характеристиками. Приведены параметры отечественных ПКМ, которые могут применяться при создании ПДМВ для диагностики сложных технических и технологических систем. Выбраны оптимальные критерии оценки сравнением свойств известных ПКМ для обеспечения заданных технических характеристик ПДМВ. Оценены возможности существующих ПКМ, включая новейшие разработки, и даны рекомендации по использованию различных ПКМ применительно к условиям эксплуатации ПДМВ. Сформулированы актуальные направления дальнейшего совершенствования ПКМ, которые базируются на создании новых низкотемпературных технологий синтеза ультрадисперсных порошков фаз системы ЦТС и низкотемпературных технологий изготовления на их основе керамических ПКМ с технологически регулируемой микроструктурой. Такой подход позволяет изменить алгоритм создания новых видов ПДМВ, в которых определяющую роль играют эксплуатационные параметры пьезопреобразователя с необходимым набором электрофизических параметров и их стабильностью к воздействию внешних факторов.
Abstract: Currently, there is a wide range of piezoceramic materials (PCM), which allows you to create various piezoceramic devices, among which mechanical quantities piezoelectric sensors (MQPS) for measuring vibration and shock accelerations, dynamic pressure and force are important for the industry needs. Their functioning is based on the use of the phenomenon of direct piezoelectric effect. Despite the continuous improvement of the MQPS, their metrological and operational characteristics do not always meet the technical requirements for their successful functioning due to the lack of PCM with suitable electrophysical parameters, therefore a choice of PCM with the most optimal electrophysical and mechanical parameters is necessary. The parameters of domestic PCM that can be used to create MQPS to diagnose complex technical and technological systems are given. The optimal evaluation criteria were selected by comparing the properties of known PCMs to ensure the specified MQPS characteristics. Comparative capabilities of existing PCMs, including the latest developments, are assessed, and recommendations are given on the use of various PCMs in relation to the operating conditions of a MQPS. Actual directions for further improvement of PCM are formulated, which are based on the creation of new low-temperature technologies for the synthesis of ultrafine powders of the PTS system phases and low-temperature technologies for manufacturing PCM based on them with a technologically regulated microstructure. This approach allows you to change the algorithm for creating new types of MQPS, in which the decisive role is played by the operating parameters of the piezoelectric transducer with the required set of electrophysical parameters and their stability to the effects of external factors.
Ключевые слова: пьезоэлектрические датчики механических величин, прямой пьезоэффект, пьезомодуль, пьезоэлектрические коэффициенты, диэлектрическая проницаемость, стабильность параметров, низкотемпературные технологии синтеза, piezoceramic materials, mechanical quantity piezoelectric sensors, direct piezoeffect, piezomodulus, piezoelectric coefficients, dielectric permittivity, parameters stability, пьезоэлектрические датчики механических величин

Литература / References
  1. Янчич В. В., Янчич Вл.В. Преобразователи пьезоэлектрических датчиков механических величин (конструкции и пути развития). LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrucken, Deutschland, 2013. 138 с.
  2. Гориш А. В., Панич А. Е., Свирская С. Н., Янчич В. В. Перспективы развития пьезоэлектрических датчиков механических величин для РКТ и других областей // Сб. тр. науч.-техн. конф. «Информационно-измерительная техника». М.: РУНД, 2014. С. 282-293.
  3. Янчич Вл.В., Панич А. Е., Свирская С. Н. Критерии выбора пьезокерамических материалов для датчиков механических величин // Сб. тр. II Междунар. молодежной научной конф. «Актуальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения». Т. 1. Ростов на Дону: Изд-во ЮФУ, 2015. С. 156-164.
  4. Богуш М. В. Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации // Пьезоэлектрическое приборостроение. 2006. Т. 3. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. 346 с.
  5. Шарапов В. М., Мусиенко М. П., Шарапова Е. В. Пьезоэлектрические датчики / под ред. В. М. Шарапова. М.: Техносфера, 2006. 632 с.
  6. Гориш А. В., Дудкевич В. П., Куприянов М. Ф. и др. Пьезоэлектрическое приборостроение / под ред. А. В. Гориша. Т. 1. Физика сегнетоэлектрической керамики. М.: ИПРЖР, 1999. 368 с.
  7. Панич А. А. Создание новых пьезоэлектрических материалов и приборов на их основе: дис. докт. техн. наук. М.: МИРЭА, 2013. 368 с.
  8. Поплавко Ю. М., Переверзева Л. П., Раевский И. П. Физика активных диэлектриков. Ростов на Дону: Изд-во ЮФУ, 2009. 480 с.
  9. Янчич В. В., Панич А. Е. Управление характеристиками пьезоэлектрических датчиков с интегрированными многофункциональными преобразователями // Матер. V Междунар. конф. «Геоинформационные технологии и космический мониторинг». Ростов на Дону: Изд-во ЮФУ, 2012. С. 329-334.
  10. Нестеров А. А., Панич А. А. Монография. Современные проблемы материаловедения керамических пьезоэлектрических материалов // Пьезоэлектрическое приборостроение. Т. 8. Ростов на Дону: Изд-во ЮФУ, 2010. 225 с.