Принцип действия и устройство пьезоэлектрических датчиков

Пьезоэлектрические датчики для статических измерений не используются, так как заряд, возникающий на гранях пьезоэлемента под действием усилий, имеет очень малую величину, что создает опасность разряда его через утечку изоляции. Следовательно, заряд на гранях пластин может сохраниться сколь угодно долго при условии бесконечно большого входного сопротивления измерительной цепи, а это практически невыполнимо. Поскольку утечка зарядов при динамических процессах имеет малое значение (под действием переменных сил количество электричества все время восполняется), то пьезодатчики в основном применяются для измерения динамических величин.

Для уменьшения утечки зарядов необходима хорошая изоляция, для чего применяют янтарь, полистирол или полируют поверхность кварца. Так как величина заряда очень мала, то для измерения возникающих напряжений применяют усилители. Обычно для увеличения чувствительности пьезодатчика применяют две или несколько пластинок, соединенных параллельно; при этом заряды одноименно заряжающихся плоскостей должны складываться. На рис. 3.10 приведена простейшая схема пьезоэлектрического датчика, состоящего из пластинок 1, и станиолевых прокладок 3, которые служат одним из выводов (-), а второй вывод имеет контакт с корпусом 2. Изоляционная прокладка 4 служит для уменьшения утечки зарядов. На рис. 3.11 показан разрез пьезоэлектрического датчика силы. Действие датчика основано на преобразовании силы сжатия пьезокристалла в изменение электрических зарядов на его гранях. Измеряемое усилие F воспринимается мембранной 1, которая одновременно служит дном корпуса пьезодатчика. Чувствительным элементом датчика являются пластинки 2 из кварца, соединенные параллельно (для повышения чувствительности). В качестве положительного электрода служат наружные обкладки кварцевых пластин. Средняя обкладка изолируется относительно корпуса с помощью кварца, обладающего большим удельным сопротивлением. Отрицательный потенциал, снимаемый с латунной фольги 3, подается на вход электронной измерительной схемы через соединительный экранированный кабель 5. В корпусе предусмотрено отверстие для удобства монтажа жилы соединительного кабеля с выводом от фольги. Сверху отверстие закрывается специальной пробкой 4. Чувствительность пьезодатчика при параллельном соединении пластинок [2]: , (3.13)

где К₀ - пьезоэлектрическая постоянная (пьезомодуль); n - число параллельно соединенных пластин; С₀ - емкость одной пластины (датчика); С_вх - емкость измерительной цепи (емкость проводов, соединительного кабеля и др.).

Дата добавления: 2015-12-07