Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэффект связывает механическую деформацию в кристалле с возникающим в нем электрическим сигналом. Электрическое напряжение, приложенное к пьезоэлектрическому кристаллу, вызывает его механические деформации (обратный пьезоэффект) и, наоборот, механическое воздействие на кристалл порождает в нем электрическое напряжение (прямой пьезоэффект). Пьезоэлектрические датчики, действие которых основано на прямом пьезоэффекте, преобразуют, например, давление в пропорциональный электрический сигнал.

Пьезоэлектричество наблюдается как в монокристаллических материалах, например кварце, так и в поликристаллических материалах, например керамике. Монокристаллический кварц имеет более высокую температурную стабильность, химическую стойкость и прочность, чем пьезоэлектрическая керамика (пьезокерамика). В отличие от естественных кристаллов, таких как кварц (или турмалин), пьезокерамика не обладает пьезоэлектрическими свойствами сразу после ее изготовления из-за хаотической ориентации электрических диполей. Подвергая пьезокерамику воздействию электрического поля напряженностью 10...30 кВ/см при температуре ниже температуры Кюри, можно ориентировать материал так, что он будет действовать, как монокристалл. Преимущество пьезокерамики: из нее можно изготовить образцы сложной конфигурации, она химически стойка и может изготовляться по стандартным технологиям для керамических материалов.

Одним из основных типов пьезокерамических датчиков является осевой (механическая сила действует вдоль оси поляризации). В осевых датчиках пьезоэлемент может представлять собой диск, кольцо, цилиндр или пластину.

Индуктивные преобразователи

Действие индуктивных преобразователей основано на изменении собственной или взаимной индуктивности катушек. Индуктивный преобразователь, широко используемый, для измерения смещений (и тем самым давления или других технологических параметров), — линейный дифференциальный трансформатор (ЛДТ) — рисунок 2.2.

а                                              6                                        в

Рисунок 2.2. Индуктивный преобразователь:

а — электрическая схема; 6— конструкция передающего дифференциально-трансформаторного преобразователя (1 — односекционная первичная обмотка; 2 — секции вторичной (выходной) обмотки; 3 — подвижный сердечник; 4 — катушка преобразователя); в — статическая характеристика (зависимость напряжения от положения сердечника );  — рабочий диапазон перемещения сердечника

В основе работы ЛДТ лежит принцип изменения взаимной индукции между магнитосвязанными катушками.

Начало координат — центральное положение сердечника.

Индуктивный преобразователь имеет преимущество, поскольку в нем отсутствует трение и износ движущихся частей. ЛДТ используют для работы при перемещениях сердечника от ±0,01 см до ±30 см.