Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления

Принцип действия

В основу работы этих преобразователей положено преобразование измеряемого давления в усилие посредством деформационного чувствительного элемента и последующего преобразования этого усилия в сигнал измерительной информации пьезоэлектрическим преобразовательным элементом. Принцип действия пьезоэлектрического преобразовательного элемента основан на пьезоэлектрическом эффекте, наблюдаемом у ряда кристаллов, таких, как кварц, турмалин, титанат бария и др. Суть пьезоэлектрического эффекта состоит в том, что если кварцевые пластины Х-среза подвергнутьсжатию силой N, то на ее поверхности возникнут заряды разных знаков. Значение заряда Q связано с силой N соотношением:

,

где k — пьезоэлектрическая постоянная (значение k не зависит от размера пластины и определяется природой кристалла).

Схема принципиальная

Рис. 54. Схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя давления

На рис. 54 показана схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя давления. Измеряемое давление преобразуется мембраной 4 в усилие, вызывающее сжатие столбиков кварцевых пластин 2 диаметром 5 мм и толщиной 1 мм. Возникающий электрический заряд Q через выводы 1 подается на электронный усилитель 5, обладающий большим входным сопротивлением — 10¹³ Ом. Значение заряда связано с измеряемым давлением Р зависимостью:

,

где F — эффективная площадь мембраны.

Для уменьшения инерционности преобразователя объем камеры 3 минимизируют. [3]

Область применения

Так как частота собственных колебаний системы «мембрана — кварцевые пластины» составляет десятки килогерц, то измерительные преобразователи этого типа обладают высокими динамическими характеристиками, что обусловило их широкое применение при контроле давления в системах с быстропротекающими процессами.

Чувствительность пьезоэлектрических измерительных преобразователей давления может быть повышена путем применения нескольких, параллельно включенных кварцевых пластин и увеличения эффективной площади мембраны.

Дата добавления: 2014-01-20