DE2740254C3 - Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen ElementenInfo
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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- H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
- H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen EIementen
durch Anlegen einer Polarisationsspannung an die Elemente unter gleichzeitigem Erhitzen auf die
Curie-Temperatur.
Es sind bereits verschiedene Verfahren und Anordnungen zum Polarisieren von piezoelektrischen kerami- so
sehen Elementen bekannt.
So ist aus der DE-AS 12 93 245 bekannt, piezoelektrische keramische Elemente durch Anlegen einer hohen
Gleichspannung zu polarisieren, unter gleichzeitigem Erhitzen über den Curie-Punkt und Abkühlen im
Gleichspannungsfeld.
Aus der DE-AS 14 66 189 ist es bekannt, ferroelektrische Stoffe dadurch zu po'arisieren, daß zuerst eine
Wechselspannung an sie angelegt wird und anschließend eine Gleichspannung.
Aus der DE-AS 25 15 478 ist eine Schaltungsanordnung zu gleichzeitigem Polarisieren mehrerer keramischer
Elemente bekannt, bei der jedem einzelnen Element eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist. Die
Dauer der Polarisierung und die Entladung werden durch eine Steuereinrichtung gesteuert.
Aus der DE-AS 25 20 058 ist es bekannt, die zu polarisierenden Elemente einem elektrischen Wechselfeld
auszusetzen, das eine Frequenz ira Schallbereich hat.
Schließlich ist es aus der DE-OS 26 37 951 bekannt, das Polarisieren bei höherer Temperatur vorzunehmen,
dann abzukühlen und dann erst das elektrische Felri abzuschalten.
Bei allen diesen bekannten Verfahren besteht das Problem, die Erhitzung bis knapp über den Curie-Punkt
des piezoelektrischen keramischen Materials vorzunehmen, der auch bei materialgleicher Zusammensetzung
von Charge zu Charge gewissen Schwankungen unterworfen ist Weiterhin muß eine Verunreinigung
der Oberfläche der Keramikelemente vermieden werden und schließlich müssen elektrische Durchschläge
bei der Polarisation vermieden werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zum Polansisren von piezoelektrischen keramischen Elementen
durch Anlegen einer Polarisationsspannung an die Elemente unter gleichzeitigem Erhitzen auf die
Curie-Temperatur so auszubilden, daß die Curie-Temperatur für jede einzelne Charge der zu polarisierenden
Elemente ermittelt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eines der Elemente als frequenzbestimmendes
Glied an einen Oszillator angeschlossen wird.
Dadurch ist es möglich, die Erhitzung stea> exakt an die Curie-Temperatur der gerade zu polarisierenden
Elemente anzupassen, so daß eine optimale Polarisation unter Vermeidung von elektrischen Durchschlägen
möglich ist.
Bei den eingangs genannten bekannten Verfahren wird keine Bestimmung der Curie-Temperatur für jede
einzelne Charge der zu polarisierenden Elemente vorgenommen, so daß einerseits die Polarisation nicht
optimal ist, andererseits Elemente infolge von Durchschlägen unbrauchbar werden.
Bei dem Verfahren nach der DE-AS 12 93 245 soll durch ein Polarisieren in zwei verschiedenen Richtungen
eine bessere Polarisation erreicht werden. Eine optimale Polarisation und die Vermeidung von Durchschlägen
ist aber auch dadurch nicht möglich, da die Curie-Temperatur der Elemente von Charge zu Charge
schwankt.
Nach der DE-AS 14 66 189 wird versucht, gleichmäßig polarisierte Elemente dadurch zu erhalten, daß eine
Behandlung in einem elektrischen Wechselfeid durchgeführt wird. Durchschläge werden hierbei dadurch
vermieden, daß die Polarisation bei Zimmertemperatur durchgeführt wird. Eine optimale Polarisation ist aber
nur möglich, wenn diese dicht oberhalb der Curie-Temperatur des Materials durchgeführt wird. Außerdem
sind bei dem bekannten Verfahren sehr hohe Wechselfelder und eine lange Behandlungszeit erforderlich.
Bei dem Verfahren nach der DE-AS 25 15 478 wird jedem einzelnen Element eine Prüfeinrichtung zugeordnet.
Abgesehen davon, daß dies einen großen Aufwand erfordert, kann damit auch nur die Unbrauchbarkeit
einzelner Elemente infolge von Durchschlägen festgestellt werden. Diese werden jedoch nicht vermieden.
Bei dem Verfahren nach der DE-AS 25 20 058 soll durch Anlegen eines Wechselfeldes eine Stabilisierung
der Polarisation über eine längere Zeit erzielt werden. Eine optimale Polarisation und die Vermeidung von
Durchschlägen kann damit nicht erreicht werden.
Nach der DE-OS 26 37 951 wird die Polarisation bei erhöhter Temperatur mit Gleichspannung vorgenommen
und anschließend im Gleichspannungsfeld abgekühlt. Eine genaue Bestimmung der Curie-Temperarur
für jede Charge ist nicht vorgesehen, so daß eine optimale Polarisation nicht möglich ist
Da als solches frequenzbestimmendes Glied des Oszillators jeweils immer ein Element einer zu
polarisierenden Charge von Elementen verwendet wird, ist sichergestellt, daß die Erhitzung de.· Elemente beim
Polarisieren genau an den Curie-Punkt der gerade zu behandelnden Elemente angepaßt wird. Dies kann in
einfacher Weise dadurch geschehen, daß die Heizung zum ErhitZv.11 der Elemente beim Erreichen der
Curie-Temperatur, d. h. bei einem Frequenzsprung des
Oszillators, abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Curie-Temperatur bei jeder Charge
von Elementen sicher erreicht wird, aber daß eine unnötige hohe Erhitzung über den Curie-Punkt vermieden
wird.
Die Erhitzung kann auf diese Weise automatisch gesteuert werden und paßt sich immer an den
Curie-Punkt der gerade zu polarisierenden Charge von Elementen an.
Um eine Oberflächenverunreinigung der Elemente während der Polarisierung zu vermeiden, wird die
Polarisierung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung in Luft durchgeführt
Dadurch wird vermieden, daß sich unerwünschte Zersetzungsprodukte auf der Oberfläche der Keramikelemente
niederschlagen, wie dies beispielsweise beim Polarisieren in einer dielektrischen Flüssigkeit oft der
Fall ist.
Es ist weiter vorteilhaft, den durch die keramischen
Elemente fließenden Strom, der auf der Eigenleitung dieser Elemente beruht, auf einen vorbestimmten Wert
zu begrenzen.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, das Polarisieren von piezoelektrischen keramischen EIementen
vollautomatisch durchzuführen.
Die Erfindung besteht weiter in einer Anordnung zur Ausführung des Obeii beschriebenen Verfahrens. Diese
Anordnung soll anhand der Figur näher beschrieben werden. ίο
Die Anordnung ziJm Polarisieren von piezoelektrischen
keramischen Elementen ist in der Figur schematisch dargeste'lt. Sie besteht im wesentlichen aus
einem Behälter 1, dV mit einer Wärmeisolierung 2 ausgekleidet ist In diesem Behälter sind zwei Elektroden
3 und 4 angeordnet, welche an eine regelbare Hochspannungsquelle 12 angeschlossen sind. Zwischen
den Elektroden 3 und 4 werden mehrere der zu polarisierenden piezoelektrischen Elemente 6 angeordnet
Weiter sind in dem Behälter t, 2 zusätzliche Elektroden vorgesehen, zwischen denen ein einzelnes
piezoelektrisches Element 7 angeordnet werden kana Von den zwei zusätzlichen Elektroden kann die eine
Elektrode 3 die gleiche Elektrode sein, die auch rum Polarisieren der Elemente 6 dient Diese Elektrode 3
und die andere Elektrode 5 sind an einen Oszillator 9 angeschlossen, und zwar bildet das Element 7 das
frequenzbestimmende Glied des Oszillators 9, vorzugsweise die Schwingkreiskapazität dieses Oszillators.
Beim Polarisieren wird von der Hochspannungsquelle 12 eine elektrische Spannung an die Elektroden 3,4 und
damit an die Elemente 6 angelegt Da das Polarisieren in Luft stattfindet muß die Spannung so gewählt werden,
daß die Durchschlagsfeldstärke in Luft nicht überschritten wird. Dann wird die Heizung 8 eingeschaltet so daß
die Elemente 6 und 7 bis auf ihre Curie-Temperatur erhitzt werden. Beim Erreichen der Curie-Temperatur
ändert sich sprunghaft die Frequenz des Oszillators 9 und über einen nachgeschalteten Frequenzdiskriminator
10 wird mittels einer Abschaltvorrichtung 11 die Heizung 8 abgeschaltet Diese Abschaltung kann mit
einer vorbestimmten Verzögerung geschehen, so daß die Curie-Temperatur um einen definierten Wert
überschritten wird. Während des Polarisierens fließt infolge der Eigenleitung ein bestimmter Strom durch die
piezoelektrischen Elemente 6. Um diesen Strom auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, ist ein
Stromregler 13 vorgesehen, der den von der Hochspannungsquelle 12 abgegebenen Strom auf einen vorbestimmten
Wert begrenzt
Auf diese Weise gelingt es, piezoelektrische Elemente abhängig von ihrem Curie-Punkt bis zur Sättigung zu
polarisieren und dabei eng tolerierte Eigenschaften zu erzielen. Eine Verunreinigung der Oberfläche der
Elemente wird weitgehend vermieden und der ganze Polarisationsvorgang kann infolge der einzelnen Regeleinrichtung
vollautomatisch ablaufen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen durch Anlegen einer
Polarisationsspannung an die Elemente unter gleichzeitigem Erhitzen auf die Curie-Temperatur, dadurch
gekennzeichnet, daß eines der Elemente (7) als frequenzbestimmtes Glied an einen
Oszillator (9) angeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß das an den Oszülator (9) angeschlossene
Element (7) als Schwingkreiskapazität des Oszillators (9) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Elemente (6,
7) bei einer sprungartigen Frequenzänderung des Oszillators (S) unterbrochen wird
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation in Luft
durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die keramischen
Elemente (6) fließenden Strom begrenzt wird.
6. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
ein geschlossener heizbarer Behälter (1) vorgesehen ist, in dem Elektroden (3, 4) angeordnet sind,
zwischen densn mehrere zu polarisierende keramische Elemente (6) angeordnet werden können und
die an eine regelbare Gleichspannungsquelle (12) mit Strombegrenzung (13) angeschlossen ist, daß im
Behälter (1) zwei weitere Elektroden (3, 5) vorgesehen sind, zwischen denen ein weiteres
keramisches Element (7) angeordnet werden kann und die an einen Oszillator (9) angeschlossen sind
und daß dem Oszillator (9) ein Frequenzdiskriminator (10) nachgeschaltet ist, der bei sprunghafter
Frequenzänderung eine AbschalttOrrichtung (U) für
die Heizung (8) betätigt.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2740254A DE2740254C3 (de) | 1977-09-07 | 1977-09-07 | Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2740254A DE2740254C3 (de) | 1977-09-07 | 1977-09-07 | Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2740254A1 DE2740254A1 (de) | 1979-03-08 |
DE2740254B2 DE2740254B2 (de) | 1979-07-05 |
DE2740254C3 true DE2740254C3 (de) | 1980-02-28 |
Family
ID=6018316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2740254A Expired DE2740254C3 (de) | 1977-09-07 | 1977-09-07 | Verfahren und Anordnung zum Polarisieren von piezoelektrischen keramischen Elementen |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19946718C2 (de) | 1999-09-29 | 2002-01-10 | Siemens Ag | Vorbehandlungsverfahren für einen elektro-mechanischen Wandler |
DE102004009140B4 (de) * | 2004-02-25 | 2006-10-05 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Polarisierung eines piezoelektrischen Aktors |
-
1977
- 1977-09-07 DE DE2740254A patent/DE2740254C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2740254B2 (de) | 1979-07-05 |
DE2740254A1 (de) | 1979-03-08 |
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