Презентация, доклад по предмету автоматическое регулирование на тему Пьезоэлектрический датчик

деформации материла. Когда к небольшому образцу такого материала приложена сила (или на него оказывается давление), между противоположными гранями образца возникает разность электрических зарядов. Это явление называется пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект наблюдается у материалов, в кристаллической решетке которых отсутствует центр симметрии, например у кварца. Любая внешняя механическая деформация вызывает изменение дипольного момента кристалла, что является причиной макроскопической электрической поляризации, приводящей в результате к возникновению разности зарядов на гранях кристалла. Этот эффект может также наблюдаться в материалах, обладающих центром симметрии, если только симметрия нарушена сильным электрическим полем из-за спонтанной поляризации материла. Примером такого класса материалов (ферроэлектриков) является титанат бария. Может также наблюдаться и обратный эффект: образец пьезоэлектрического материла деформируется, когда к нему приложено электрическое напряжение.

в некоторых материалах при их механическом напряжении. Напряжение обычно образуется под действием сил сжатия, растяжения или изгиба, которые являются измеряемой величиной и воздействуют на чувствительный элемент либо непосредственно, либо с помощью некоторой механической связи.    Чтобы воспринять изменение заряда или напряжения, к пьезоэлектрическому материалу подсоединяют две металлические пластинки, которые фактически образуют пластины конденсатора, емкость которого определяется в виде     C = Q/V   где Q — заряд; V — напряжение.      В качестве пьезоэлектрического материала, применяемого в конструкции такого преобразователя, используются: 1) природные кристаллы, такие, как кварц или рочеллевая соль; 2) синтетические кристаллы, например сульфат лития; 3) поляризованная ферромагнитная керамика, например титанат бария.

Под действием измеряемого давления на внешней и внутренней сторонах пары пластин пьезоэлектрика возникают электрические заряды, причём суммарная эдс (между выводом и корпусом) изменяется пропорционально давлению. П. д. целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно П. д. можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства П. д. — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гц до десятков Мгц. Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.

акустическую связь между крайними слоями. Механические характеристики центральной пленки определяют чувствительность и рабочий диапазон датчика. На нижний пьезоэлектрический слой подается переменное напряжение от генератора. Эти колебания заставляют периодически сжиматься и пленку, и промежуточный компрессионный слой, и верхнюю пленку, играющую роль приемника. Поскольку пьезоэлектричество является обратимым явлением, с верхней пленки снимается переменное напряжение, которое усиливается и выпрямляется на синхронном демодуляторе, реагирующем как на амплитуду, так и на фазу поступающего сигнала. Когда к верхнему слою прикладывается внешняя сила F, механические характеристики трехслойной структуры изменяются, что отражается на фазе и амплитуде выходного сигнала. В определенных пределах выходной сигнал тактильного датчика линейно зависит от приложенной силы. Если толщина пленок из PVDF составляет 25 мкм, а толщина компрессионной пленки из силиконовой резины 40 мкм, толщина всего чувствительного элемента (включая защитные слои) не превышает 200 мкм. Электроды из PVDF пленки могут быть сформированы в виде ячеек либо на передающей, либо на приемной стороне. Применение мультиплексирования при подключении ячеек позволяет распознавать зоны приложения внешней силы. Такой датчик также может использоваться для измерения небольших перемещений. При определении перемещений в несколько миллиметров его точность составляет ±2 мкм. Достоинства данного датчика  простота и выходной сигнал в виде постоянного напряжения (т.е. способность детектировать статические силы).