Читать «Большая Советская Энциклопедия (ПЬ)» онлайн - страница 6

Пьезоэлектрический датчик

Пьезоэлектри'ческий да'тчик, механического усилия в электрический сигнал; его действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта (см. ). Один из вариантов конструкции П. д. давления показан на рис . Под действием измеряемого давления на внешней и внутренней сторонах пары пластин пьезоэлектрика возникают электрические заряды, причём суммарная эдс (между выводом и корпусом) изменяется пропорционально давлению. П. д. целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно П. д. можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства П. д. — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гцдо десятков Мгц.Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.

Схема устройства пьезоэлектрического датчика давления: p — измеряемое давление; 1 — пьезопластины; 2 — гайка из диэлектрика; 3 — электрический вывод; 4 — корпус (служащий вторым выводом); 5 — изолятор; 6 — металлический электрод.

Пьезоэлектричество

Пьезоэлектри'чество(от греч. piйzo — давлю и ), явления возникновения поляризации под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект) и возникновения механических деформаций под действием электрического поля (обратный пьезоэлектрический эффект). Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Первое подробное исследование пьезоэлектрических эффектов сделано в 1880 братьями Ж. и П. на кристалле .В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ, из которых широко используются , титанат бария и др. (см. ).

 Пьезоэлектрические свойства кристаллов связаны с их структурой. Ими обладают все (спонтанно поляризованные диэлектрики). При механической деформации пироэлектрика меняется величина его спонтанной поляризации, что и наблюдается как прямой пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические эффекты наблюдаются также в некоторых непироэлектриках (например, у кварца). Справедливо общее утверждение: кристаллы, обладающие центром симметрии, не могут быть пьезоэлектриками. Это объясняется тем, что при деформации кристалла центр симметрии сохраняется, а при наличии центра симметрии не может быть поляризации ( рис. 1 , 2 ). Наличие других элементов симметрии (оси, плоскости симметрии) может «запрещать» появление поляризации в определённых направлениях или при некоторых определённых деформациях (см. ).

 Количественными характеристиками П. в данном кристалле является совокупность пьезоконстант и пьезомодулей — коэффициент пропорциональности между электрическими величинами (напряжённость электрического поля Е, поляризация P) и механическими величинами (механические напряжения s ,относительные деформации u) .Например, P= ds .Коэффициент dи есть одна из пьезоконстант. Т. к. произвольное механическое напряжение может быть представлено как совокупность 6 независимых напряжений, а вектор поляризации Pимеет 3 независимых компоненты, то в общем случае может быть 18 разных пьезоконстант d.Однако симметрия кристалла ограничивает число независимых и отличных от нуля пьезоконстант. Величина dзависит от условий опыта, а именно: она имеет одно значение d,если заряд на обкладках конденсатора ( рис. 3 ) поддерживать равным нулю, и другое значение d',если обкладки конденсатора закорочены, т. е. Е= 0. Поэтому соотношение P= ds целесообразно записывать, например, в виде: P= d's + c Е.Величины dи d'связаны соотношением d’= de ,где e — кристалла.