6.2 Область применения пьезоэлектрических преобразователей
Преобразователи, использующие прямой пьезоэффект, применяются в приборах для измерения силы, давления, ускорения.
Преобразователи, выполненные из материалов, обладающих пироэффектом, могут быть использованы для измерения тепловой радиации.
3. Преобразователи, использующие обратный пьезоэффект. Применяются в качестве излучателей ультразвуковых колебаний, в качестве преобразователей напряжения в деформацию, например в пьезоэлектрических реле, пьезовибраторах осциллографов и т.д.
Преобразователи, использующие одновременно прямой и обратный пьезоэффекты, – пьезорезонаторы, имеющие максимальный коэффициент преобразования одного вида энергии в другой на разностной частоте и резко уменьшается коэффициент преобразования при отступлении о резонансной частоты. Используются в качестве фильтров (рисунок 57), пропускающих очень узкую полосу частот, а также применяются в пьезоэлектрических трансформаторах.
|
|
|
Рисунок 57 – Кварцевый фильтр |
||
Кварцевый элемент обладает высокой добротностью, поэтому при подаче на вход фильтра массы электрических колебаний различных частот на его выходе получают колебание практически одной частоты (соответствующей резонансной).
Под
добротностью понимают некоторую величину
,
которая является отношением резонансной
частоты колебаний к ширине резонансной
кривой на уровне амплитуды, отличающейся
от значения максимума в
раз (рисунок 58).
|
Рисунок 58 |
Методы и устройства измерения влажности газов.
МСИ 3 – не надо
Ультразвуковые устройства измерения расхода.
Ультразвуковые устройства измерения расхода
Общим принципом работы таких устройств является изменение времени прохождения акустических колебаний определенного отрезка внутри потока при изменении скорости потока.
Существует два типа приборов: фазовые расходомеры и частотные расходомеры.
9.7.1 Фазовые расходомеры
|
1,2 – пьезоэлементы Рисунок 131 |
, (231)
(232)
Замеряется сдвиг фаз колебаний.
Фазовые расходомеры вытеснены частотными, которые применяются повсеместно.
9.7.2 Ультразвуковые расходомеры частотного типа
|
1,3 – излучающие пьезоэлементы; 2,4 – приемники акустических колебаний; Г–генератор колебаний; РУ – регистрирующий усилитель; М – модулятор; Р – конечный регистратор; f – устройство для измерения частот пакетов колебаний, – угол наклона, D – диаметр трубопровода
Рисунок 132 |
Левый и правый канал работают одинаково. С генератора на модулятор поступает синусоидальное напряжение. После достижения передним фронтом пакета колебаний приемника происходит включение.
Частота передачи пакета в первом канале:
, (233)
, (234)
где
– расстояние между источником и
приемником,
– скорость распространения колебаний.
В формуле появилась цифра 2, т.к. период
складывается из двух.
Для первого канала:
,
Формулы частот распространения пакетов:
(235)
(236)
(237)
Из вышеприведенных формул можно сделать вывод, что зависимость скорость движения жидкости от частоты следования пакетов ультразвуковых колебаний не содержит информации о свойствах жидкости.
Достоинства расходомеров данного типа:
нечувствительность к параметрам вещества;
устройства данного типа могут быть бесконтактными (может отсутствовать контакт между излучателем, приемником и средой);
точность измерения не зависит от профиля эпюры скоростей потока по сечению трубопровода.
Недостатки:
1) Наличие кармашков (вихреобразователей), жидкая среда воздействует на излучатели. Возможен вариант исключения кармашков.
2) Возникают сложности с акустической развязкой. Определяющим является момент, связанный с обработкой принятых сигналов, очень сложной становится электронная часть приборов.
3) До недавнего времени недостатком являлась невысокая точность приборов – 5%. В настоящее время точность существенно повысилась и составляет 0,5-0,1%, т.е. точность современных устройств - приемлема.
Экзаменационный билет № 22