Aktualności

Jesteś tutaj: Dom / Aktualności / Podstawy ceramiki piezoelektrycznej / rezystancja izolacji i średnia żywotność piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego

rezystancja izolacji i średnia żywotność piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego

Wyświetlenia: 45 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 16.10.2019 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Hydrofony ceramiczne piezoelektryczne mają szerokie zastosowanie w sonarze ze względu na ich płaskość, stabilną pracę i prostą konstrukcję. Główną przyczyną awarii piezoelektrycznych hydrofonów ceramicznych jest zmniejszenie rezystancji izolacji. Średnia rezystancja izolacji hydrofonu jest zmniejszona do poziomu przekraczającego określone kryteria awarii Rfc, co jest oceniane jako awaria. Dlatego też badanie zmian rezystancji izolacji piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego, wpływ zmniejszenia rezystancji izolacji na czułość i określenie średniej trwałości ma ogromne znaczenie dla prawidłowego zrozumienia i opanowania wskaźnika wydajności i niezawodności hydrofonu. Konserwacja i ochrona również mają pewną wartość odniesienia.

1 Średnia żywotność hydrofonu
Zgodnie z teorią niezawodności liczba Produkty z przetwornikami dyskowymi piezoelektrycznymi zostały przetestowane w tych samych warunkach i zmierzono dane dotyczące całkowitej żywotności. Następnie MTTF średniego czasu przed zwarciem oznacza, gdzie r(t) to skumulowana liczba awarii produktu w godzinach pracy od 0 do t. Jeżeli rozkład trwałości produktu jest zgodny z rozkładem wykładniczym, jego MTTF jest odwrotnością współczynnika awaryjności λ (prawdopodobieństwo niesprawności produktu w określonym czasie i jednostkowego czasu po tym czasie), czyli 1/λ. Hydrofony mogą wykorzystywać MTTF do reprezentowania swojego średniego czasu życia. W inżynierii często stosuje się średnią izolację wszystkich hydrofonów w partii, a rezystancję Rm redukuje się do czasu tav standardu uszkodzenia Rfc jako średniej trwałości. Jeśli chodzi o wartość Rfc, niektóre hydrofony są uszkodzone. Chociaż inne hydrofony mogą pracować normalnie, ich czułość gwałtownie spadnie w paśmie niskich częstotliwości, co będzie miało poważny wpływ na wydajność układu odbiorczego. Dlatego należy go jak najszybciej wymienić. .

2 rezystancja izolacji hydrofonu

2.1 Mechanizm i prawo spadku rezystancji izolacji

Podstawowym elementem piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego jest piezoelektryczny element ceramiczny. Po wysuszeniu piezoelektrycznego elementu ceramicznego rezystancja izolacji jest wysoka, a w przypadku przenikania cząsteczek wody rezystancja izolacji jest niższa. Im więcej cząsteczek wody przedostaje się do wnętrza, tym bardziej spada rezystancja izolacji. Hydrofony ceramiczne piezoelektryczne pracują w wodzie przez wiele lat. Piezoelektryczne elementy ceramiczne są otoczone wodoszczelnymi materiałami (takimi jak neopren, poliuretan itp.), ale cząsteczki wody zawsze przechodzą przez powierzchnię tych materiałów lub dwóch materiałów. Powierzchnia klejenia wnika w powierzchnię i wnętrze piezoelektrycznego elementu ceramicznego, dzięki czemu rezystancja izolacji hydrofonu jest niższa. Im dłużej hydrofon jest używany, tym więcej cząsteczek wody gromadzi się na powierzchni i wewnątrz elementu piezoceramicznego, a im większa jest rezystancja izolacji, tym częstsze są awarie hydrofonu. Z powyższej analizy wynika, że spadek rezystancji izolacji hydrofonu jest nieunikniony i nieodwracalny. Nie możemy pozwolić, aby rezystancja izolacji hydrofonu nie spadła, jedyne, co możemy zrobić, to opóźnić prędkość spadku. Zmniejszenie rezystancji izolacji oznacza wydłużenie żywotności hydrofonu. Aby zmniejszyć rezystancję izolacji hydrofonu, można zastosować następujący pomiar: (1) Zastosowanie piezoelektrycznych elementów ceramicznych o niskiej absorpcji wilgoci. Ogólnie rzecz biorąc, materiały o większej gęstości są mniej higroskopijne niż materiały o niższej gęstości. Powszechnie stosowany piezoelektryczny materiał ceramiczny PZT ma gęstość 7,8 g/cm3, a rzadko stosowany piezoelektryczny materiał ceramiczny z tytanianem baru ma gęstość 5,7 g/cm3, a ten ostatni ma znacznie większą „higroskopijność”; 2) Używaj materiałów wodoszczelnych i o niskiej przepuszczalności wody; (3) Poprawa procesu produkcyjnego hydrofonów i często uzyskanie oczywistych efektów. W przypadku pojedynczego hydrofonu piezoceramicznego nie jesteśmy w stanie przewidzieć prawa spadku rezystancji izolacji ani też przewidzieć, kiedy ulegnie on awarii. Jednak w przypadku partii hydrofonów, a jest ich dużo, rezystancja izolacji będzie podlegać pewnemu prawu, tzw. prawu statystycznemu. Patrząc najpierw na przykład, chociaż nie jest to praktyczne, jest oderwane od rzeczywistości i ma podstawy praktyczne. hydrofony są wprowadzane do użytku i przyjmuje się, że standardowy Rfc = 0,5 MΩ dla określenia nieprawidłowego działania hydrofonu. W pierwszych dniach użytkowania zmierzono typowy rozkład rezystancji izolacji hydrofonu. Większość hydrofonów posiada rezystancję izolacji Rm większą lub równą 100 MΩ, natomiast 50 Piezo-ceramiczny czujnik dyskowy podlega prawu wykładniczemu. Oznacza to, że w określonej temperaturze obowiązuje następujący wzór.

2.2 Rezystancja izolacji i czułość hydrofonu

Z analizy obwodu zastępczego wynika, że rezystancję izolacji hydrofonu można uznać za równoległą do dwóch końców hydrofonu. W miarę wzrostu liczby cząsteczek wody przenikających powierzchnię elementu piezoceramicznego i wody wewnętrznej przez wodoszczelny materiał pokrywający i warstwę wiążącą, rezystancja izolacji Rm hydrofonu będzie stale spadać. Obniżenie Rm do pewnego poziomu zmniejszy czułość hydrofonu. Im niższa częstotliwość robocza, tym większa redukcja M. Zastępczy schemat obwodu piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego można przedstawić w postaci źródła prądu stałego, ale można go również podać w postaci źródła stałego napięcia. Schemat obwodu zastępczego źródła napięcia stałego przedstawia symulację i rzeczywiste wyniki pomiarów redukcji czułości hydrofonu przy różnych rezystancjach izolacji. Zarówno obliczenia teoretyczne, jak i pomiary rzeczywiste dowodzą, że im mniejsza pojemność statyczna hydrofonu, tym większy wpływ spadku Rm na M. Ponieważ pojemność statyczna badanego hydrofonu jest bardzo duża, sięgająca 100 000 pF, zmniejszenie rezystancji izolacji Rm ma stosunkowo niewielki wpływ na jego czułość. Gdy Rm ≥ 10 kΩ, wpływ na M jest zaniedbywalny; gdy Rm < 10 kΩ, będzie to miało duży wpływ na M i hydrofon zostanie uznany za wadę. Wartość rezystancji izolacji, która określa uszkodzenie hydrofonu, nazywamy wartością uszkodzenia Rf. W powyższym przykładzie Rf = 10 kΩ.

Oczywiście, jeśli pojemność statyczna hydrofonu wynosi 10000 pF, czułość będzie znacząco zmieniona, gdy rezystancja izolacji będzie mniejsza niż 100 kΩ. W tym momencie Rf=100 kΩ. Na podstawie powyższych wyników oraz wartości czułości hydrofonu, na jaką pozwala maszyna sonarowa, można wyznaczyć kryterium zniszczenia Rfc. Wartość Rfc powinna być ponad 10 razy większa od Rf, tak aby średnia rezystancja izolacji wszystkich hydrofonów w układzie była bliska Rfc, czyli liczbie hydrofonów, których rezystancja izolacji Rm jest mniejsza niż Rf, czyli liczba hydrofonów uszkodzonych jest chropawa. W zakresie dozwolonym przez całą maszynę. Dodatkowo hydrofon montowany jest poniżej linii wodnej statku. Gdy okaże się, że hydrofon jest uszkodzony, zazwyczaj należy poczekać do zadokowania statku, aby dokonać wymiany hydrofonu, co powoduje opóźnienie. W tym czasie opóźnienia rezystancja izolacji hydrofonu będzie nadal spadać. Dlatego też standard błędu Rfc musi być ustawiony wyżej, aby zapewnić normalne użytkowanie hydrofonu przed wymianą. Ponadto rezystancja izolacji hydrofonu ma duży związek z temperaturą otoczenia i należy ją w pełni uwzględnić przy określaniu standardu uszkodzenia Rfc hydrofonu.

2.3 Zależność rezystancji izolacji od temperatury otoczenia

Rezystancja izolacji Przetwornik piezoceramiczny jest ściśle powiązany z temperaturą otoczenia: temperatura otoczenia wzrasta, rezystancja izolacji maleje. Zarówno teoria, jak i duża liczba praktyk dowodzą, że zależność pomiędzy rezystancją izolacji Rm piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego. temperatura otoczenia jest podobna do zależności między czasem użytkowania a prawem wykładniczym. We wzorze Rmo oznacza rezystancję izolacji mierzoną w temperaturze odniesienia t0; k3 jest współczynnikiem temperaturowym typu I. Podobnie powyższy wzór można również zapisać w wygodniejszej i intuicyjnej formie, k4 = exp(−k3), co jest współczynnikiem temperaturowym typu II, wówczas mo R ≈ R k , modyfikowany piezoelektryczny hydrofon ceramiczny z tytanianem baru. Wyniki symulacji i wyniki pomiarów zależności rezystancji izolacji od temperatury otoczenia. Wyniki pomiarów są zbliżone do wyników symulacji, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1°C. Pokazano wyniki symulacji oraz wyniki pomiarów zależności rezystancji izolacji piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego PZT od temperatury otoczenia. Wyniki badań są również zbliżone do wyników symulacji, k4=0,90~0,94/1°C. Zależność pomiędzy rezystancją izolacji piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego a czasem użytkowania jest nieodwracalna; w przeciwnym razie zależność między rezystancją izolacji piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego a temperaturą otoczenia jest odwracalna, to znaczy, gdy temperatura otoczenia powraca do swojej pierwotnej wartości, czyli jego izolacji.

Opór również powróci do swojej pierwotnej wartości. Rezystancja izolacji hydrofonu zmienia się znacznie w zależności od temperatury otoczenia. Na każde 11°C wzrostu temperatury otoczenia rezystancja izolacji zmniejsza się o około połowę. W porównaniu ze zmodyfikowanym ceramicznym hydrofonem piezoelektrycznym z tytanianem baru, rezystancja izolacji piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego PZT będzie się bardziej zmieniać wraz z temperaturą otoczenia. Wyżej wymienione zasady zmienności są różne dla różnych typów i różnych specyfikacji piezoelektrycznych materiałów ceramicznych o różnych strukturach i różnych wodoszczelnych materiałach powłokowych, które należy określić eksperymentalnie. Przy określaniu standardu uszkodzenia Rfc piezoelektrycznego hydrofonu ceramicznego należy w pełni uwzględnić związek pomiędzy rezystancją izolacji hydrofonu a temperaturą otoczenia. W przypadku sprzętu o wysokich wymaganiach dotyczących niezawodności współczynnik Rfc hydrofonu pomocniczego należy określić w najwyższej temperaturze otoczenia (na przykład 30 °C). Zatem, gdy temperatura otoczenia spadnie, rezystancja izolacji hydrofonu tylko wzrośnie i nie będzie miała wpływu na normalne użytkowanie.

Głównym zadaniem piezoelektrycznych hydrofonów ceramicznych jest zmniejszenie rezystancji izolacji. Mechanizm polega na tym, że cząsteczki wody wnikają w powierzchnię i wnętrze elementów piezoceramicznych poprzez wodoszczelny materiał powłokowy i warstwę wiążącą. Rezystancja izolacji maleje wraz ze wzrostem czasu użytkowania i spełnia prawo wykładnicze. Rezystancja izolacji maleje wraz ze wzrostem temperatury otoczenia i spełnia również prawo wykładnicze. Zmniejszenie rezystancji izolacji do pewnego poziomu będzie miało znaczący wpływ na czułość hydrofonu, a nawet gorzej w zakresie niskich częstotliwości. W praktyce wygodnie jest określić średni czas spadku średniej rezystancji izolacji partii hydrofonów do zadanej normy awaryjności. Przy ustalaniu standardu uszkodzenia, na podstawie zależności pomiędzy rezystancją izolacji hydrofonu a czułością, w pełni uwzględnia się związek pomiędzy rezystancją izolacji hydrofonu a temperaturą otoczenia, stwierdza się opóźnienie pomiędzy awarią hydrofonu a wykonaniem wymiany, a uszkodzenie odpowiednio zwiększa.