2. Эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического преобразователя. Анализ амплитудо-частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей.

Эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического преобразователя представлена на рисунке 60, на котором – емкость между гранями пьезоэлектрика (емкость преобразователя), –сопротивление преобразователя, – емкость и сопротивление кабеля, – емкость и сопротивление входа измерительного прибора

Рисунок 60 – Эквивалентная электрическая схема пьезоэлектрического преобразователя

Эквивалентную схему можно упростить согласно рисунку 61, где

(141)

и емкость

(142)

Рисунок 61 – Приведенная эквивалентная схема

Промоделируем некоторые метрологические характеристики преобразователя.

Положим в качестве измеряемой величины некоторую силу , действующую на пьезоэлемент. Пусть это будет величина переменная и изменяющаяся по синусоидальному закону:

(143)

Обозначим через мгновенное значение тока в цепи, его можно определить как изменение заряда во времени:

(144)

, (145)

где – комплексное сопротивление.

Амплитудное значение выходного напряжения определяется как величина модуля, записанного выше

(146)

Амплитудо-частотная и фазо-частотная характеристики преобразователя, включенного в измерительную цепь, представлены на рисунках 62, 63:

Рисунок 62

Из приведенных выражений следует, что напряжение на входе усилителя не будет зависеть от частоты только при высоких частотах и будет равно

(147)

Из этого выражения видно, что выходное напряжение преобразователя зависит от емкости входной цепи. Поэтому если в характеристиках преобразователя указывается его чувствительность по напряжению, то обязательно должна быть указана и емкость, соответствующая этой чувствительности.

Для расширения частотного диапазона измеряемых величин в сторону низких частот, очевидно, следует увеличить постоянную времени цепи . Для того чтобы получить представление о значениях сопротивлений и емкостей, на рисунке 63 приведены кривые 1 и 2 чувствительности пьезоэлектрического акселерометра в функции частоты для различных сочетаний R и С.

Рисунок 63

Расширение частотного диапазона путем увеличения емкости С (кривая 2) легко осуществляется включением параллельно преобразователю конденсаторов, однако, это приводит к уменьшению выходного напряжения преобразователя. Увеличение сопротивления R приводит к расширению частотного диапазона без потери чувствительности, однако повысить сопротивление можно только путем улучшения качества изоляции и применения усилителей с высокоомным входом.

3. Преобразователи (датчики) уровня резистивного, емкостного типа. Уровнемеры радиационного типа. Ультразвуковые уровнемеры.

Простейшими измерительными средствами для определения уровня в резервуарах являются измерительные линейки и водомерные стекла (рисунок 137).

Рисунок 137	Рисунок 138

Для измерения уровня уровней электропроводящих жидкостей, щелочей, кислот применяют контактные уровнемеры (рисунок 138).

Для измерения уровней неэлектропроводных жидкостей часто применяют преобразователи емкостного типа, однако они применяются для электропроводящих жидкостей, когда электроды изолированы (рисунок 139).

Рисунок 139

, (246)

где – ширина пластин, - расстояние между ними.

(247)

Коаксиальные цилиндры

а)	б)
Рисунок 140

Схемы включения преобразователей