вход Вход Регистрация



19.3.1 Пьезоэлектрический датчик сuлы.

Когда некоторые кристаллы подвергаются деформации под действием сил сжатия или растягивание, на них противоположных поверхностях появляется различие электрических зарядов. Этот эффект называется nрямым пьезоэффектом. Примерами таких кристаллов является кварц, турмалин и пьезоэлектрические керамики, такие как цирконат-титанат свинца.

Заряд Q, что образовывается на поверхности пьезоэлектрического кристалла, будет прямо пропорциональным приложенной силе F:

Чувствительность пьезокристаллу d = ;( C/N)

Чтобы измерить заряд, на противоположные поверхности кристалла методом осаждения наносятся электроды. Такое устройство образовывает конденсатор, и, таким образом, пьезоэлектрический датчик может рассматриваться как генератор зарядов с параллельно включенным конденсатором. В Табл приведенные характеристики для чаще всего используемых пьезоэлектрических кристаллов.

Табл. Пьезоэлектрические кристаллы

Материал Чувствительность

 

по заряду (nc/N)

Относительная диэлектрическая

 

проницаемость( ε)

Метаниабат свинца 80 250
Цирконат -титанат свинца 250 1500
Кварц 2.3 4.5
Турмалин 1,9 или 2,4- 6.6

 

 

 

 

Вих.. усилитель

 

 

Мал..31

 


 

Как вытекает из природы работы пьезоэлемента заряды на его обложениях возникают только в момент изменения действующей на элемент силы. Если по какой-то причине состоится уменьшения этих зарядов при неизменной величине силы, их восстановление невозможное без изменения действующей силы. Поэтому измерение статических усилий неизменных на протяжении достаточное продолжительного времени в принципе невозможно. Это связано с наличием путей истока заряда по поверхности элемента. Поэтому при использовании пьезоэлементов для измерения исподволь (десятки, сотни секунд) сменных усилий используют устройства, которые согласовывают и усилительные, с очень большим входным сопротивлением (например электрометрии, усилителе заряда).

Кроме емкости, которая определяется геометрией и диэлектрической постоянной пьезоэлементов, пьезоэлементы имеют также конечную массу и упругостью, которая также обозначается на них динамических характеристиках .

Таким образом, динамическая передающая функция пьезоэлемента описывается уравнением второго порядка

 

 

где СА емкость пьезоэлемента, ΔVL – изменение напряжения на нагрузке

ωn - собственная частота механической части элемента, ζ - коэффициент затухания .

Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения силы, давления, ускорение и вибрации. При измерении ускорения или вибрации к массы собственно датчик добавляется масса устройства m, ускорение которого измеряется и какая соединяется с поверхностью пьезоэлектрического кристаллу с помощью упругого элемента. Когда возникает ускорение, масса своей инерцией влияет на кристалл с силой F = m а.

Т.ч. чувствительность датчика можно определить как:

d = ;

Поскольку пьезоэлементам присущий как прямой так и обратной пьезоэффект , то они применяются также и для построения измерительных акустических генераторов ( например

ультразвуковых).

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру