Пьезоэлектрические преобразователи

Замечание

Емкостные преобразователи чувствительны к температурным колебаниям и могут выдать неправильный сигнал, когда соединительные провода длинны и обладают заметной емкостью.

Пьезоэффект (открыт в 1880 г. братьями Ж. и П. Кюри) 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 их 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.

Примечание

Точка Кюри (температура Кюри) — температура фазового перехода, характеризующегося непрерывным изменением состояния вещества с приближением к точке фазового перехода и приобретением качественно нового свойства в этой точке. Названа по имени П. Кюри, детально изучившего этот переход у ферромагнетиков. Пьезокерамика по физическим свойствам представляет собой поликристаллический сегнетоэлектрик. По химическому составу — это сложный оксид, включающий ионы двухвалентного свинца или бария, а также ионы четырехвалентного титана или циркония. Наиболее распространена группа пьезокерамических материалов типа титаната-цирконата свинца ЦТС (PZT), на основе титаната бария ТВ-1, титаната бария кальция Т6К-3, титаната свинца и т. д.

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.

Дата добавления: 2014-01-06