- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3. Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4. Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2. Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4. Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
8.3.4. Измерительные цепи
В качестве измерительных цепей используются мостовые цепи. Для компенсации погрешностей в плечо моста, смежное с рабочим преобразователем, включается такой же преобразователь. Магнитоупругие ИП могут также включаться в цепь автоматического потенциометра переменного тока.
9. Пьезоэлектрические ип
9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
Принцип действия данных преобразователей основан на пьезоэлектрическом эффекте, т. е. на возникновении электрических зарядов на поверхности кристаллических диэлектриков, подверженных механическим деформациям (прямой пьезоэффект).
Кроме прямого пьезоэффекта существует и обратный, который проявляется в изменении размеров диэлектрика при приложении к нему электрического поля. Вещества ( нецентросимметричные ионные кристаллы, поликристаллы), у которых наблюдаются такие свойства, называются пьезоэлектриками (кварц, титанат бария и др.).
В качестве материалов пьезоэлектрических преобразователей используются различные типы пьезоэлектрической керамики, например: титанат бария ВаТiО3, ЦТС керамика (керамика на основе смесей цирканато-титанатов свинца), НБС керамика (керамика на основе ниобата свинца) и кварц. Пьезоэлектрические керамические материалы имеют большие значения пьезомодуля, например, керамика ВаТiО3 имеет значение пьезомодуля d11 = 107.10-12 Кл/Н. Большинство пьезокерамик обладает достаточной температурной стабильностью. Пьезоэлектрические свойства сохраняются вплоть до температуры Кюри. Для титаната бария температура Кюри равна 115 0С. В результате старения свойства пьезокерамики изменяются. Изготовление преобразователей из пьезокерамики проще, чем из моно-кристаллических материалов. Кварц имеет пьезоэлектрический модуль d11 = 2,1. 10-12 Кл/Н, величина которого не зависит от температуры до 200 0С. Предельная рабочая температура составляет 500 0С. При температуре 573 0С кварц теряет пьезоэлектрический эффект в результате необратимых изменений кристаллической решетки (переход в аморфное состояние). Он имеет высокую стабильность электрических и механических свойств. За 10 лет изменение характеристик не превышает 0,05 % [9].
В кристаллах кварца (рис. 9.1 а) различают три главных кристаллографических оси: продольную (оптическую ось Z); электрические оси Х (три оси, сдвинутых на 120О), проходящие через ребра шестигранной призмы; механические оси Y (три оси, сдвинутых на 120О), нормальные по отношению к граням кристалла.
,
Z-оптическая
ось
y
x
Х – электричес-
кая ось.
l
Y-механи-ческая ось
перпен-но граням
FY
а) б)
Рис. 9.1
Если из кристалла кварца вырезать параллелепипед так, чтобы его грани были перпендикулярны осям X-Y (рис. 9.1 б), то под действием силы FX в направлении оси X на гранях параллельных оси Y появится заряд (продольный пьезоэффект)
q = d11 FХ, (9.1)
где d11 – пьезоэлектрическая постоянная (пьезомодуль).
Если измеряемая сила направлена вдоль механической оси Y, то заряд все равно индуцируется на гранях параллельных Y, но его значение уже будет зависеть от соотношений геометрических размеров кристалла (поперечный пьезоэффект) q = - (lY/ lX)d11 FY, где lX и lY – размеры кристалла по осям X и Y.
Знаки поляризации при продольном и поперечном пьезоэффекте – противоположны. С изменением направления силы изменяется знак заряда. При действии силы вдоль оптической оси Z пьезоэффект не возникает.