Пьезоэлектрические измерительные преобразователи

В пьезоэлектрических преобразователях используется эффект появления электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов (кварц, турмалин, сегнетова соль и др.) под влиянием механических напряжений.

Устройство пьезоэлектрического преобразователя для измерения переменного давления газа показано на рис.13.5.

Рис. 13.5. Устройство пьезоэлектрического преобразователя

Давление Р через металлическую мембрану 1 передается на зажатые между металлическими прокладками 2 кварцевые пластинки 4. Шарик 4 способствует равномерному распределению давления по поверхности кварцевых пластинок. Средняя прокладка соединена с выводом 5, проходящим через втулку из хорошего изоляционного материала.

При воздействии давления Р между выводом 5 и корпусом преобразователя возникает разность потенциалов

U = 2Q /(C_n + C₀) =2 k•s•p/(C_n + C₀),

где Q — заряд, возникающий на пластинке кварца;

C_n — емкость преобразователя;

C₀ — емкость проводов и входной цепи прибора, измеряющего разность потенциалов;

k — пьезоэлектрический модуль кварца;

s — площадь поверхности мембраны, подверженная давлению.

По разности потенциалов U судят о значении давления Р. В пьезоэлектрических преобразователях главным образом применяют кварц, у которого пьезоэлектрические свойства сочетаются с высокой механической прочностью и высокими изоляционными качествами, а также с независимостью пьезоэлектрической характеристики от температуры в широких пределах. Используют также поляризованную керамику из титаната бария, титаната и цирконата свинца. Пьезоэлектрические датчики обычно применяют для измерений быстропротекающих динамических процессов при ударных нагрузках, вибрациях, переменных усилиях и т.д.