Пьезоэлектрические преобразователи давления
Действие пьезоэлектрических преобразователей основано на свойст- ве некоторых кристаллических веществ создавать электрические заряды под действием механической силы. Это явление, называемое пьезоэффек- том, характерно для кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, тита- ната бария и некоторых других веществ. Особенностью пьезоэффекта яв- ляется его безынерционность. Заряды возникают мгновенно в момент при- ложения силы. Это обстоятельство делает пьезоэлектрические приборы не- заменимыми при измерении и исследовании быстропротекающих процес- сов, связанных с изменением давления (индицирование быстроходных двигателей, изучение явлений кавитации, взрывных реакций и т.п.). Для изготовления пьезоэлектрических датчиков наиболее широко применяют кварц, сочетающий хорошие пьезоэлектрические свойства с большой механической прочностью, высокими изоляционными свойства- ми и независимостью пьезоэлектрической характеристики в широких пре- делах от изменения температуры. Элементарной структурной ячейкой является шестигранная призма (рис. 3.13).
В кристаллах кварца различают продольную ось ZZ, называемую оп- тической осью, ось XX, проходящую через ребра призмы (электрическую ось), и ось YY, проходящую через середины противолежащих граней (ме- ханическая или нейтральная). Если из кристалла кварца вырезать паралле- лепипед так, чтобы его грани были расположены перпендикулярно осям YY и XX, то он будет обладать пьезоэлектрическими свойствами. Силы, приложенные к параллелепипеду в направлении оси ZZ, не вызывают элек- тризации, а растягивающая или сжимающая силы Fx, приложенные в на- правлении электрической оси, вызывают появление разноименных зарядов на гранях, перпендикулярных к этой оси (продольный пьезоэффект). Заряд, возникающий на гранях, равен: qx = kFx = k·Px·Sx, (3.6) где Px и Fx - давление и сила, действующие на грань; Sx - площадь грани; k - постоянная величина, так называемый, пьезоэлектрический модуль. Пьезоэлектрическая постоянная кварца практически не зависит от температуры до 500°С. При температуре выше 500°С она быстро уменьша- ется и при температуре 570°С становится равной нулю, т. е. кварц теряет пьезоэлектрические свойства. Пьезоэлектрические приборы позволяют из- мерять давление до 100МПа;
|
