Texnik avtomatlashtirish asboblari

Piezoelektrik sensorlar

Pyezoelektrik kristallga ma'lum bir tarzda qo'llaniladigan mexanik ta'sir unda elektr kuchlanishini hosil qiladi, bu to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt deb ataladi. Aksincha, piezoelektrik kristallga qo'llaniladigan elektr kuchlanish uning mexanik deformatsiyasiga olib keladi, bu teskari piezoelektrik effekt deb ataladi.
Piezoelektrik effekt belgi sezgirligiga ega, ya'ni. siqilish kuchlanish bilan almashtirilganda paydo bo'ladigan elektr zaryadining belgisida o'zgarish va shunga mos ravishda elektr maydonining yo'nalishi o'zgarishi bilan kristalning deformatsiyasi belgisining o'zgarishi mavjud.
Pyezoelektrik bir kristalli materiallarda ham, masalan, kvarts, turmalin, litiy niobat, Rochelle tuzi va boshqalarda, va polikristalli materiallarda, masalan, bariy titanat, qo'rg'oshin titanat, qo'rg'oshin tsirkonat va boshqalarda kuzatiladi. Shuning uchun tabiiy kristallar bilan bir qatorda, piezoelektrik effekt ham olish va piezokeramika uchun ishlatiladi. Ammo tabiiy kristallardan farqli o'laroq, elektr dipollarining xaotik yo'nalishi tufayli, piezokeramika ishlab chiqarilgandan so'ng darhol piezoelektrik xususiyatlarga ega emas. Bunday xususiyatlarga ega bo'lish uchun u "trening" deb ataladigan narsaga duchor bo'ladi. Ushbu "trening" pyezokeramik sezgir elementni Kyuri nuqtasidan bir oz past haroratda 10 dan 30 kV / sm gacha bo'lgan elektr maydoniga ta'sir qilishdan iborat. Shundan so'ng, bunday sezgir element bitta kristall kabi harakat qiladi.
Shu bilan birga, keramika materiali kuchli o'zgaruvchan elektr maydoniga yoki qutblanishning dastlabki yo'nalishiga qarama-qarshi bo'lgan doimiy maydonga duchor bo'lsa yoki harorat Kyuri nuqtasidan yuqoriga ko'tarilsa yoki o'lchangan mexanik ta'sir kattaroq bo'lsa, piezoelektrik xususiyatlarini ham yo'qotishi mumkin. ma'lum bir daraja.
Shaklda. 1.9 da piezoelektrik datchiklarning sezgir elementlarining turli sxematik diagrammalari ko'rsatilgan.
Shaklda. 1.9, a to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effektni ishlatadigan sezgir elementni ko'rsatadi. Bunday elementlar kuch, bosim va tezlashuv sensorlarida qo'llaniladi.
Shaklda. 1.9, b teskari piezoelektrik effektdan foydalanadigan sezgir elementni ko'rsatadi. Bunday elementlar akustik, shu jumladan ultratovush, tebranish, shuningdek, piezoelektrik o'rni va optik qurilmalarning ko'zgularini harakatga keltiradigan avtomatik tizimlarning harakatlantiruvchi elementlarida va boshqalarni chiqarish uchun ishlatiladi.
Shaklda. 1.9c da oldinga va teskari piezoelektrik effektlardan foydalanadigan transduser ko'rsatilgan.
Bu ma'lum bir rezonans chastotasida maksimal konversiya koeffitsientiga ega bo'lgan va rezonans chastotasidan chetga chiqqanda bu koeffitsientni keskin kamaytiradigan piezoresonatorlar deb ataladi. Bunday piezoelektrik transduserlar tor chastota diapazonidan o'tuvchi rezonans filtrlari sifatida ishlatiladi.

Guruch. 1.9. Piezoelektrik sensorlarning sezgir elementlarining turli sxematik diagrammalari:
a - to'g'ridan-to'g'ri tensoreffektdan foydalanish; b - teskari deformatsiya effektidan foydalanish; c — ham toʻgʻridan-toʻgʻri, ham teskari tenzor effektlaridan foydalanish

Kuchaytirgichning ijobiy qayta aloqa pallasiga kiritilgan piezo rezonatorlar o'z-o'zidan tebranish rejimida ishlaydi va asosiy osilator sifatida ishlatiladi. Amaldagi kristall turiga va qo'zg'atilgan tebranishlar turiga qarab, piezorezonatorlar ikki xil funktsiyani bajaradi:

• tashqi sharoitga bog'liq bo'lmagan yuqori barqaror tabiiy chastotani ta'minlash;
• boshqariladigan tabiiy chastotali tebranishlarni hosil qilish (boshqariladigan piezorezonatorlar).
Boshqariladigan piezorezonatorlar chastota-raqamli qurilmalarda bosim, harorat, tezlanish kabi turli elektr bo'lmagan kattaliklarni elektr tebranishlar chastotasiga o'zgartiruvchi sifatida ishlatilishi mumkin.
Piezoelektrik sezgir elementlar bosim, tezlashtirish va kuch sensorlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan eng aniq transduserlar uchun asosdir.
Yuqori tebranishlar sharoitida ishlaydigan akselerometrlarda piezo-sezgir elementlarni qurilma asosiga va inertial massaga mahkamlash ishonchliligi alohida ahamiyatga ega. Odatda, bu mahkamlash lehim bilan amalga oshiriladi. Akselerometr sensorini o'lchash pallasining keyingi elementlari (kuchaytirgich bilan) bilan bog'laydigan kabelga ham yuqori talablar qo'yiladi.
Bu talablar:
• yuqori izolyatsiyaga chidamliligi va uning ishonchliligi;
• o'tkazuvchi o'zak va ekranlash o'rni o'rtasida ekranlovchi ortiqcha oro bermay va past sig'im mavjudligi;
• moslashuvchanlik va vibratsiyaga qarshi qarshilik.
Birlashma qarshiligining simmetriyasini ta'minlash uchun piezoelektrik sensor odatda toq sonli plitalardan tayyorlanadi. Piezoelektrik datchiklarning sezgirligini oshirish uchun ular odatda metall (folga) qistirmalari yordamida bir-biriga ulangan piezoelektrik elementlarning batareyasi asosida amalga oshiriladi.
Pyezoelektrik transduserlarda ikkala tomondan folga solingan pyezoelektrik plyonka ham qo'llaniladi. Bunday plyonka oldindan "akkordeon" bilan o'raladi va keyin isitiladi.
Sezuvchanlikning oshishiga transvers piezoelektrik effekt yordamida ham erishish mumkin. Biroq, bu holda, uzunligi bo'ylab yuklangan ingichka plastinka barqarorligini yo'qotishi mumkin.
Barqarorlikni oshirish uchun ichki va tashqi plitalar bir-biriga bog'langan uchta vertikal plitalardan iborat qattiq "quti" dizayni ishlatiladi.
Bükme ustida ishlaydigan piezo transduserlari yuqori sezuvchanlikka ega. Bu holda bimorfik deb ataladigan piezoelektrik element ikkita plastinkadan iborat. Bükme kuchi ta'sirida yuqori piezoplata kuchlanishni, pastki qismi esa siqishni boshdan kechiradi, buning natijasida bu plitalarda qarama-qarshi belgining zaryadlari paydo bo'ladi. Metall plitalar va qistirmalari tufayli mos keladigan kuchlanishlar konvertorning tashqi tomoniga chiqariladi, so'ngra ulardagi musbat o'qlarning yo'nalishiga qarab parallel va ketma-ket ulanishi mumkin.
Pyezoplatlardan birining o'rniga katta qalinlikdagi metall qoplamadan foydalanish mumkin. Ushbu metall plastinkaning mo'ljallangan yuk uchun qalinligi butun piezoelektrik plastinka neytral chiziqdan yuqori bo'lishi uchun tanlanadi. Sezuvchanlikni oshirish uchun kesish piezoelektrik elementlari ham qo'llaniladi.

4.