Датчики с изменяющейся ЭДС (пьезоэлектрические датчики)

Устройство датчиков давления с изменяющейся ЭДС основано на использовании пьезоэлектрического эффекта.

На рис.20 показано расположение осей:

Z – оптической,

Х – электрической и

Y – нейтральной как в кристалле кварца, так и в пластинке датчика, которую обычно вырезают из кристалла.

При действии силы Р_х вдоль оси Х на гранях пластинки f_x появятся заряды (так называемый продольный пьезоэффект), величина которых определяется следующей зависимостью:

q_x = k₀P_x/

При действии силы Р_у вдоль оси Y на тех же гранях

Рис.20 пластинки f_x появятся заряды (так называемый поперечный пьезоэффект), величина которых определяется как

q΄_x = - k ,

где f_х и f_у - площади граней пластинки, перпендикулярные осям Х и Y.

При действии силы Р_Ζ вдоль оси Z пьезоэффект не наблюдается.

Заряды противоположных граней пластинки f_x равны между собой и имеют разные знаки. Знаки зарядов определяются напряжением силы Р_х (сжатие или растяжение).

Коэффициент k₀ называется пьезоэлектрической постоянной или модулем. Значение k₀: для кварца k₀ = для турмалина k₀ = ; для сегнетовой соли k₀ = . Датчик представляет собой пластинку кристалла с нанесенными на гранях f_x обкладками. Напряжение между обкладками, т. е. между гранями f_x, равно:

,

где С - емкость датчика;

;

- диэлектрическая постоянная материала пластинки;

d – толщина пластинки, см;

f_x - площадь грани, перпендикулярной оси Х, см;

С₀ – емкость присоединенной к датчику схемы (емкость проводов, промежутка сетка – катод усилительной лампы и т. п.).

Чувствительность датчика определяется как

.

В качестве материала для пластин датчиков чаще всего используют кварц, так как турмалин дорог, а сегнетова соль изменяет свои параметры при изменении температуры и влажности.

В последнее время в качестве материала для пластин широкое распространение титанат бария .