Пьезоэлектрические преобразователи. Конструктивная схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя ускорения

Пьезоэлектрические преобразователи

В настоящее время для измерений динамических процессов наиболее широко применяют пьезоэлектрические измерительные преобразователи, т.е. преобразователи, в которых в качестве чувствительного элемента используют монокристаллические или поликристаллические материалы, обладающие пьезоэлектрическими свойствами.

Область применения пьезоэлектрических ИП непрерывно расширяется. Раньше их применяли только для измерения вибрации и удара в области высоких частот. Сейчас пьезоэлектрические ИП начали успешно использовать для измерения виброскорости и виброперемещения. Уже разработаны схемы измерительных усилителей, позволяющих осуществлять измерения от единиц и десятых долей герца.

Успехи в смежной области приводят к качественным изменениям в подходе к разработке и использованию пьезоэлектрическихИП. Так, разработки полевых транзисторов модульных элементов, позволяющих уменьшить объем схемы согласующего усилителя, привели к созданию преобразователей, совмещенных в одном корпусе с согласующим усилителем, так называемых пьезотронов.

Для пьезотронов не требуются дефицитные специальные антивибрационные кабели, они позволяют устанавливать ИП на любом расстоянии от измерительного прибора (в пределах нескольких сот метров). Однако их технические характеристики (например, динамический диапазон и температура) ограничены возможностями деталей согласующего усилителя. Эти преобразователи перспективно использовать для эксплуатационного контроля вибрации машин с ограниченным динамическим диапазоном (до 200 м/с²) при температурах до 100°С.

Благодаря созданию пьезотронов и схем усилителей заряда изменился взгляд на возможности кварцевых ИП, которые стали конкурентоспособными сИП, имеющими керамический чувствительный элемент.

Используя усилители заряда, можно устранить влияние длины соединительного кабеля на коэффициент преобразования ИП. Широкому применению пьезоэлектрических ИП для измерения динамических процессов способствовало появление новых типов пьезоэлементов. Так, американская фирма «Эндевко», разработав высокотемпературные пьезоэлементы, создала высокотемпературные пьезоэлектрические ИП нескольких моделей, способные работать при температурах до 760"С.

Действие пьезоэлектрических ИП основано на использовании прямого пьезоэффекта, т. е. свойств некоторых материалов (пьезоэлектриков) генерировать заряд под действием приложенной к ним механической силы (рис. 16). Инерционный элемент 1 прикреплен к верхней грани пьезо-

Рис. 16. Конструктивная схема пьезоэлектрического измерительного преобразователя ускорения:

1-инерционный  элемент:   2 - пьезоэлемент:   3- выводы;

4 — корпус