Piezoscheiben polarisieren
Wenn
man auf eine Piezoscheibe drückt, entsteht eine negative Spannung, wenn
man auf die Rückseite drückt, eine positive. Allerdings ist das nicht
immer so. Bei einigen Scheiben habe ich die andere Polarität gefunden.
Die Piezokeramik an sich kann in jede von beiden Richtungen polarisiert
werden. Es hängt also davon ab, was in der Produktion gelaufen ist. Im
Netz habe ich interessante Details zur Produktion gefunden. Da wurde
deutlich, dass für die Polarisierung einfach nur eine hohe Spannung
angelegt wird.
https://www.piceramic.de/de/piezo-technologie/grundlagen/
Für den Versuch habe einen Hochspannungsgenerator verwendet, den ich ursprünglich für Geigerzähler
gebaut hatte. Die Hochspannung ist einstellbar, kann aber nicht direkt
gemessen werden, weil die Quelle sehr hochohmig ist. Ich messe dann mit
dem Oszilloskop die Impulshöhe am Kollektor des Transistors, die in
einem festen Verhältnis zur Ausgangsspannung steht. Dabei sehe ich sehr
schön die Aufladung eines Kondensators oder in diesem Fall der
Piezoscheibe.
Die entscheidende Frage war: Kann ich die
Polarität der Scheibe ändern? Dazu habe ich die positive Spannung an
die Rückseite gelegt und Masse an der Silberschicht. Die Scheibe
erzeugt ein Geräusch entsprechend der Arbeitsfrequenz des
Spannungswandlers. Es ist zuerst laut und wird dann leiser, bis es ganz
verschwindet. Vermutlich ist in dem Bereich die Scheibe gerade
unpolarisiert. Dann kommt der Ton wieder und wird zunächst
lauter, solange die Spannung noch steigt. Wenn aber die Umpolarisierung
abgeschlossen ist und die maximale Spannung erreicht ist, verschwindet
das Geräusch ganz, weil dann nur noch eine glatte Gleichspannung
anliegt. Man sieht nun eine deutliche Durchbiegung der Scheibe, sie
sofort verschwindet, wenn man die Scheibe entlädt.
Die
maximale Spannung liegt bei etwa 1500 V. Darüber kommt es zu
Überschlägen am Rand der Metallisierung. Wenn man die Spannung nur
langsam steigert, findet man manchmal Teilentladungen am Rand, die
später wieder aufhören, vermutlich weil dann auch die Randbezirke der
Scheibe mit Verzögerung umpolarisiert wurden.
Nach
dieser Spezialbehandlung wurde die Scheibe wieder getestet. Ein
mechanischer Druck erzeugt nun tatsächlich die gegenpolige Spannung.
Ein Vergleich mit einer fabrikneuen Scheibe zeigt die gleiche
Empfindlichkeit bei anderer Polung. Auch als Schallgeber sind beide
gleich effektiv. Weitere Tests haben dann gezeigt, dass ich die Scheibe
beliebig oft umpolarisieren kann.