Измерительные цепи пьезоэлектрических ИП

Как отмечалось ранее, выходное сопротивление пьезоэлектрического ИП большое, а мощность выходного сигнала мала. Поэтому в качестве измерительных цепей в основном используются различные усилители, отличающиеся высоким входным сопротивлением. На рис 9.4. приведены некоторые из таких схем.

Схемы с усилителем напряжения представлены на рис 9.4 а, б. Схема (рис. 9.4 а) обеспечивает постоянство нагрузки на пьезопреобразователь и усиливает напряжение на его обкладках. АЧХ равномерна в диапазоне от десятков герц до десятков килогерц [15].Недостатком схем с усилителями напряжения является зависимость выходного напряжения и чувствительности от емкости кабеля. Для уменьшения погрешности, вызванной изменением чувствительности, параллельно входу усилителя включается дополнительная стабильная емкость С₁ (на рис. 9.4 не показана). В этом случае погрешность чувствительности

g_S = (DС₀ + DС_K) ¤(С₀ + С_K + С₁).

Постоянная времени для измерительных цепей с усилителями напряжения обычно не превышает одной секунды t £ 1 с.

а) б)

в) г)

Рис. 9.4

Более высокое значение постоянной времени позволяют получить преобразователи заряда в напряжение (усилители заряда). Пример подобной схемы приведен на рис. 9.4 в. Преимуществом данной схемы является возможность существенного расширения АЧХ в область инфранизких частот.

Постоянная времени может достигать нескольких часов [15], что позволяет осуществлять "статическую" градуировку пьезодатчиков. Кроме того, в этой схеме влияние емкости линии С_Л, соединяющей пьезодатчик с усилителем, оказывается незначительным.

Для согласования большого выходного сопротивления пьезопреобразователя с малым входным сопротивлением последующих электронных цепей может использоваться измерительная цепь, приведенная на рис. 9.4 г.

Достоинствами пьезоэлектрических ИП являются: малые габариты, простота конструкции, высокая надежность, возможность измерять бысропеременные процессы, высокая точность преобразования механических напряжений в электрический заряд. Например, для ИП из кварца погрешность преобразования составляет 10^-4 – 10^-6.

К недостаткам следует отнести: невозможность измерять статические величины, наличие нелинейности и гистерезиса, трудность градуировки, сложность экранировки и защиты от помех и наводок, необходимость в качественных усилителях.