31. Резонансные измерительные цепи емкостных преобразователей.

На рис. 4.7 приведена измерительная цепь с резонансными контурами. Цепь питается от источников со стабильной частотой ₀. При изменении емкости С преобразователя сопротивление контура изменяется по резонансной кривой (рис. 4.7, б) и при достигает максимума. На склонах резонансной кривой может быть выбран участок, более или менее приближающийся к линейному.

Пренебрегая сопротивлением R₂ по сравнению с сопротивлениями L и R₁ и полагая ,,и, напряжение на контуре можно выразить соотношением:

(4.8)

Зависимости U_к/U_пит представлены на рис. 4.7, б.

Рис. 4.7. Зависимости U_к/U_пит

32. Пьезоэлектрические преобразователи: устройство и конструкция.

Пьезопреобразователь состоит из одной или нескольких пьезопластин. На определенном количестве наблюдается пьезоэффект, т.е генерирование зарядов на параллельных пластинах. Необходимо помнить, для того чтобы слететь заряду с || грани металлопластины, они должны быть металлизированы.

На рис.5.1,а схематически изображено устройство пьезоэлектрического преобразователя. Измеряемое давление Р действует на мембрану 1, представляющую собой дно корпуса преобразователя. Наружные обкладки кварцевых пластин заземляются, а средняя обкладка (латунная фольга 3) изолируется относительно корпуса самим кварцем, имеющим очень высокое удельное сопротивление. Кварцевые пластины Х-среза 2 соединены параллельно. Сигнал с кварцевых пластин снимается экранированным кабелем 5. Для удобства соединения вывода от фольги с внутренней жилой кабеля в корпусе преобразователя предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой 4.

Выходная мощность пьезоэлектрических преобразователей очень мала, поэтому на выходе преобразователя должен быть включен усилитель с возможно большим входным сопротивлением.

Достоинствами пьезоэлектрических преобразователей являются малые габариты, простота конструкции, надежность в работе, возможность измерения быстропеременных величин, очень высокая точность преобразования механических напряжений в электрический заряд. Для кварца, который по своим упругим свойствам близок к идеальному телу, преобразование механического напряжения в электрический заряд осуществляется с погрешностью 10^-4 – 10^-6. В последние годы в связи с развитием высокоточной электроники появилась возможность реализовать эту точность в широком частотном диапазоне и в измерительных цепях, преобразующих заряд. Таким образом, пьезоэлектрические преобразователи в перспективе являются наиболее точными преобразователями для датчиков давлений, ускорений, сил.

Для повышения чувствительности датчиков используются пьезоэлементы из пьезокерамики, имеющей пьезомодуль значительно выше по сравнению с кварцем. Пьезоэлемент выполняется в виде ряда параллельно соединенных при помощи металлических прокладок 2 пластин 1(рис. 5.2, а). В этом случае чувствительность преобразователя определяется формулой , гдеn - число параллельно соединенных пластин; С₀ - емкость одной пластины; d₁₁ – компонента тензора пьезоэлектрического модуля.

Высокую чувствительность имеют также преобразователи с пьезоэлементами, работающими на изгиб. Пьезоэлемент, называемый биморфным, составлен из двух пластин. При действии силы F пьезоэлемент прогибается, верхняя пластина испытывает растяжение, нижняя - сжатие и на пластинах наводятся заряды. Пластины в зависимости от направления положительных осей в них (оси указаны стрелками) могут соединяться как параллельно, так и последовательно, как это и показано на рис. 5.3, б и в; там же даны и знаки зарядов. Кроме этого, в качестве одной из пластин может быть использован не пьезоэлемент, а металлическая накладка такой толщины, чтобы пьезапластина лежала выше нейтрального слоя (рис. 5.2, г).

Для повышения чувствительности используются также пьезоэлементы, работающие на сдвиг. Схематическая конструкция пьезоакселерометра с цилиндрическим пьезоэлементом, работающим на сдвиг, показана на рис. 5.2, д.

Выпускаемые в настоящее время фирмой Брюль и Къер пьезоакселерометры перекрывают диапазон ускорений 2·10^-5-10⁶м/с². Наиболее высокочастотные акселерометры имеют собственную частоту до 200 кГц при чувствительности 0,004 пКл/(мс^-2). Наиболее, высокочувствительные пьезоакселерометры имеют чувствительность до 100 пКл/(мс^-2), но их собственные частоты не превышают 1 кГц.

Рис. 5.2. Конструкции пьезоэлектрических преобразователей.