В основе принципа действия большинства датчиков - датчики вибрации, давления, удара, акустической эмиссии- заложено использование прямого пьезоэлектрического эффекта (явление образования электрического заряда под действием механической деформации некоторых диэлектрических материалов).
Греческое слово «пьезо» означает: сжимать, сдавливать. Пьезоэффект обладает свойством изменения знака генерируемого заряда на противоположный при изменении знака деформации.
К пьезоэлектрическим материалам относятся кристаллические вещества, кристаллы которых не имеют центра симметрии, например: кварц, ниобат лития и т.д. А также искусственно создаваемые и поляризуемые в электрическом поле пьезокерамики, являющиеся механическими смесями оксидов металлов, например: цирконат-титанат свинца (ЦТС), титанат натрия-висмута (ТНаВ). И т.д.
Поляризация пьезокерамики происходит путем помещения её на определённое время в сильное электрическое поле постоянного тока. Процесс поляризации сопровождается ориентацией диполей (доменов) молекулярной структуры керамики в направлении, совпадающем с направлением вектора напряжённости электрического поля. После отключения электрического поля большинство доме-нов остается ориентированными в направ лении, близком к вектору напряжённости поля поляризации.
В пьезоэлементах подвергаемого механическим воздействиям (ускорению, давлению, силе, акустической эмиссии) пьезоэлектрического датчика возникают механические напряжения, пропорциональные этим воздействиям и обуславливающие образование электрического заряда. Этот заряд снимается с помощью электродов. Закон линейной пропорциональности между механическим воздействием и электрическим зарядом и его сохранение в широких динамическом и частотном диапазонах являются основой стабильности эксплуатационной характеристики пьезоэлектрических генераторных датчиков.
Типы воздействий на пьезодатчик
При выборе пьезоэлектрических датчиков всегда надо обращать внимание на условия их применения. Пьезоэлектрические датчики характеризуются более, чем сорока параметрами, служащими для оценки их работоспособности, точности и применимости для конкретных измерительных целей.
Технические характеристики делятся на метрологические и эксплуатационные. К важнейшим метрологическим характеристикам относятся:
• коэффициенты преобразования;
• частота установочного резонанса, определяющая верхнюю границу рабочего диапозона частот;
• относительный коэффициент поперечного преобразования;
• рабочий диапазон частот с установленной неравномерностью АЧХ;
• рабочий диапазон ускорений с установленной нелинейностью АХ;
• рабочий диапазон температур.
В зависимости от условий задач измерения существенную роль могут играть значения коэффициентов влияния внешних воздействий (влияющих факторов).
К основным эксплуатационным характеристикам могут относиться:
• масса и габаритные размеры;
• способ крепления на контролируемом объекте;
• защищённость от воздействия окружающей среды и источников помех.
Полученный сигнал, пропорциональный контролируемым механическим воздействиям, может не всегда превышать паразитный сигнал, пропорциональный влияющим факторам.
Упрощённая модель пьезоэлектрического эффекта искусственно поляризованной керамики. Электрический заряд q снимается с указанных поверхностей:
⚡Электрики, Энергетики, Электромонтажники⚡
Принцип действия пьезоэлектрических датчиков
Греческое слово «пьезо» означает: сжимать, сдавливать. Пьезоэффект обладает свойством изменения знака генерируемого заряда на противоположный при изменении знака деформации.
К пьезоэлектрическим материалам относятся кристаллические вещества, кристаллы которых не имеют центра симметрии, например: кварц, ниобат лития и т.д. А также искусственно создаваемые и поляризуемые в электрическом поле пьезокерамики, являющиеся механическими смесями оксидов металлов, например: цирконат-титанат свинца (ЦТС), титанат натрия-висмута (ТНаВ). И т.д.
Поляризация пьезокерамики происходит путем помещения её на определённое время в сильное электрическое поле постоянного тока. Процесс поляризации сопровождается ориентацией диполей (доменов) молекулярной структуры керамики в направлении, совпадающем с направлением вектора напряжённости электрического поля. После отключения электрического поля большинство доме-нов остается ориентированными в направ лении, близком к вектору напряжённости поля поляризации.
В пьезоэлементах подвергаемого механическим воздействиям (ускорению, давлению, силе, акустической эмиссии) пьезоэлектрического датчика возникают механические напряжения, пропорциональные этим воздействиям и обуславливающие образование электрического заряда. Этот заряд снимается с помощью электродов. Закон линейной пропорциональности между механическим воздействием и электрическим зарядом и его сохранение в широких динамическом и частотном диапазонах являются основой стабильности эксплуатационной характеристики пьезоэлектрических генераторных датчиков.
Типы воздействий на пьезодатчик
Технические характеристики делятся на метрологические и эксплуатационные. К важнейшим метрологическим характеристикам относятся:
• коэффициенты преобразования;
• частота установочного резонанса, определяющая верхнюю границу рабочего диапозона частот;
• относительный коэффициент поперечного преобразования;
• рабочий диапазон частот с установленной неравномерностью АЧХ;
• рабочий диапазон ускорений с установленной нелинейностью АХ;
• рабочий диапазон температур.
В зависимости от условий задач измерения существенную роль могут играть значения коэффициентов влияния внешних воздействий (влияющих факторов).
К основным эксплуатационным характеристикам могут относиться:
• масса и габаритные размеры;
• способ крепления на контролируемом объекте;
• защищённость от воздействия окружающей среды и источников помех.
Полученный сигнал, пропорциональный контролируемым механическим воздействиям, может не всегда превышать паразитный сигнал, пропорциональный влияющим факторам.
Упрощённая модель пьезоэлектрического эффекта искусственно поляризованной керамики. Электрический заряд q снимается с указанных поверхностей:
Вибрация