Пьезоэлектрические чувствительные элементы

Мерой измеряемого ударного ускорения является деформация чувствительного элемента датчика, которая определяет реакцию датчика на входное воздействие, т. е. величину выходного сигнала датчика. В результате воздействия инерционного усилия выходная емкость пьезоэлектрического чувствительного элемента приобретает электрический заряд, пропорциональный мгновенному значению ударного ускорения. [c.349]

При разработке миниатюрных и широкополосных приемников ультразвука пришлось идти по пути усовершенствования приемников с пьезоэлектрическим чувствительным элементом [12—16], так как чувствительность других типов приемников (электромагнитного, электродинамического, магнитострикционного и др.) зависит от частоты [c.332]

Для нерезонансных пьезоэлектрических чувствительных элементов собственные шумы сопротивления излучения, механического и электрического импедансов незначительны по сравнению с шумами предварительного усилителя. В таком случае пороговое или эквивалентное шумовое давление, связанное с шумами предварительного усилителя через вносимую пьезокерамическим элементом входную нагрузку, зависит от емкости и чувствительности этого элемента. [c.284]

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ [c.171]

Отсюда следует, что по изменению сопротивления АД можно определить деформацию е . По сравнению с емкостными датчиками, используемыми в мерном стержне Девиса, датчики сопротивления имеют преимущество, а именно с их помощью возможно непосредственное измерение деформации и отпадает необходимость в дифференцировании кривой и ( . Однако датчики сопротивления обладают следующими недостатками конечная длина датчика ограничивает его разрешающую способность при быстро изменяющихся деформациях датчик сопротивления измеряет деформацию на поверхности стержня. В последнее время при исследовании процесса распространения волн напряжений широко используются датчики, основанные на пьезоэлектрическом эффекте. В зависимости от конструкции пьезодатчиков можно получить высокие частоты собственных колебаний (до 60 кГц), что находится в соответствии с указанными требованиями. Датчик содержит чувствительный элемент (цилиндрический или кольцевой) из поляризованной пьезокерамики, инерционный груз и контактное устройство, соединяющее пьезоэлемент с регистрирующей аппаратурой. Пьезоэлемент датчика, как правило, изготовляется из титаната бария. Недостатком таких датчиков является непостоянство чувствительности, что требует тарировки каждого датчика отдельно. Как и датчик сопротивления, пьезодатчик измеряет среднее напряжение на площадке контакта, поэтому при проведении эксперимента, в котором спектр волн напряжений содержит компоненты высокой частоты, должна быть обеспечена высокая точность его выполнения. В отличие от датчиков сопротивления, которые позволяют производить измерения в одном направлении, датчики с титанатом бария одинаково чувствительны к напряжениям в направлении длины и радиальном направлении. [c.26]

Промышленностью выпускаются комплекты виброизмерительной аппаратуры, в которых чувствительными элементами являются пьезоэлектрические датчики с усилительными и интегрирующими блоками. [c.440]

Можно назвать пять основных методов измерения характеристик ультразвуковых полей 1) основанный на использовании пьезоэлектрических и магнитострикционных чувствительных элементов, 2) оптический, 3) калориметрический, 4) термоэлектрический, 5) радиометрический. [c.329]

Пьезоэлектрические и магнитострикционные чувствительные элементы практически безынерционны, позволяют измерять мгновенные значения ультразвукового давления как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы, в оптически прозрачных и непрозрачных жидкостях. Амплитудная характеристика чувствительных элементов линейна вплоть до ультразвуковых давлений, измеряемых десятками. атмосфер. При достаточно малых размерах элементов их можно использовать для анализа формы волны и структуры поля ультразвуковых волн. Основной недостаток использования пьезоэлектрических и магнитострикционных [c.329]

Калориметрический метод, основанный на наблюдении интегрального эффекта нагревания рабочего объема жидкости в сосуде Дьюара, дает возможность измерять интенсивность ультразвуковых волн [1]. Однако калориметры инерционны и не позволяют исследовать форму поля и волн. Кроме того, чувствительность приемных устройств, используемых в калориметрическом методе, является функцией частоты и амплитуды. Калориметры еще в большей степени, чем пьезоэлектрические и магнитострикционные чувствительные элементы, искажают поле. [c.330]

Из всех перечисленных методов наиболее практичными и вполне надежными следует признать метод, основанный на применении пьезоэлектрических и магнитострикционных чувствительных элементов, и радиометрический метод. Они, как правило, дают возможность решать весь круг задач, которые ставит практика использования интенсивных ультразвуковых колебаний в технологических целях. [c.330]

Т. е. малые изменения емкости пропорциональны прогибу мембраны. Датчики типа ЕМД предназначены для измерения малых давлений (О—4 10 ) Па горячих газов, поэтому через корпус датчика и полость между мембранами циркулирует охлаждающая -жидкость (вода). Частота собственных колебаний чувствительного элемента ЕМД около 15 кГц. Аналогичным образом строятся схемы пьезоэлектрических датчиков быстро меняющихся давлений. [c.275]

Усовершенствованная конструкция кубика (начала 70-х гг.) позволила обходиться без электрической батарейки. Такие кубики поджигаются за счет пьезоэлектрического эффекта удар по чувствительному элементу в фотоаппарате в момент нажатия на спуск создает всплеск электрического напряжения, достаточный для поджига одноразовой лампы-вспышки. [c.97]

Измерение давления. Давление чаще всего измеряют при помощи пьезоэлектрических датчиков с чувствительным элементом из титаната бария. [c.211]

Ультразвуковой вискозиметр прост по устройству, малогабаритен, надежен в эксплуатации и обеспечивает достаточную точность измерения. Он состоит из трех основных узлов датчика-зонда, электронного блока и соединительного кабеля. Наиболее важный элемент прибора — датчик-зонд. Чувствительным элементом датчика служит плоская прямоугольная пластинка из ферромагнитного или пьезоэлектрического материала толщиной 0,2—0,4 миллиметра. Такие вискозиметры применяются в нефтяной промышленности. Электронную часть вискозиметра можно сконструировать так, чтобы при уменьшении амплитуды ниже определенного уровня включался генератор, который будет вновь возбуждать резонансный стержень. В зависимости от скорости затухания колебаний электронное счетное устройство вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте включения возбуждающего генератора, а следовательно, и коэффициенту вязкости. Выработанное напряжение можно использовать для управления производственным процессом, и этим самым автоматически поддерживать необходимую вязкость вырабатываемого вещества. [c.113]

В зависимости от чувствительного элемента различают поршневые, деформационные, пружинные манометры и манометры, использующие пьезоэлектрические и пьезомагнитные эффекты. Манометры тарируются в основном с помощью П-образных пьезометров. [c.22]

Работа преобразователей рассмотрена в 1.5. Здесь отметим, что в большинстве преобразователей имеется чувствительный элемент, который совершает упругие колебания под действием электромагнитного поля. В качестве чувствительного элемента чаще всего используют пьезоэлектрическую пластину, колеблющуюся по толщине. Такие преобразователи называют пьезоэлектрическими. Для передачи колебаний от преобразователя с чувствительным элементом к объекту контроля (ОК) используют различные способы акустического контакта. Обычно промежуток между преобразователем и ОК заполняют жидкостью. Если толщина слоя жидкости меньше половины длины акустической волны, то говорят о контактном способе, а если больше нескольких длин волн — то об иммерсионном (более точные определения даны в 1.5). [c.6]

Для измерения технологических составляющих силы резания применяют специальные измерительные устройства - динамометры. Основанные на принципе измерения упругой деформации чувствительных элементов, они делятся на механические, гидравлические, тензометрические и пьезоэлектрические. Кроме того, в зависимости от числа измеряемых составляющих различают одно- двух- и трехкомпонентные динамометры. [c.83]

Для непосредственного измерения упругих деформаций могут быть использованы пьезоэлектрические датчики, действие которых основано на измерении заряда, пропорционального внутренним механическим напряжениям растяжения-сжатия или сдвига, вызванным действующей силой. Типичные датчики силы представляют собой кварцевые или пьезокерамические ,шайбы, установленные соосно в цилиндрическом корпусе (рис. 2.2). Преимуществами пьезоэлектрических преобразователей являются их малые размеры и масса. Однако существуют технологические трудности изготовления кварцевых чувствительных элементов на нагрузки менее 10 Н, когда диаметр шайб должен быть очень мал. [c.32]

Наиболее разнообразными по конструкции являются мембранные чувствительные элементы. Представленная на рис. 11.7, в, плоская или пластинчатая мембрана представляет собой гибкую тонкую пластину, закрепленную по окружности. Под действием разности давлений, действующих с обеих сторон на мембрану, ее центр перемещается. Плоская мембрана имеет нелинейную упругую характеристику и малые перемещения рабочей точки, в связи с чем ее в основном применяют для преобразования давления в силу (пьезоэлектрические преобразователи) или поверхностные деформации (тензопреобразователи). [c.101]

Смешанные способы возбуждения возмущений. В тех случаях, когда требуется получить и сохранить возмущения малой амплитуды, используются электрические и электронные способы возбуждения. В этих способах для приведения в действие преобразователя, превращающего электрическую энергию возбуждающего тока в механическую энергию волны напряжений в теле, используется переменный ток, частота волн при этом лежит между 20 кГц и 50 мГц. С помощью соответствующих контуров можно получать или непрерывный ряд волн, или импульсы, состоящие из коротких серий волн высокой частоты, повторяющихся регулярно с низкой частотой. Для этого используются преобразователи, принцип действия которых основан на магнитострикционном или пьезоэлектрическом эффектах. Материалами для пьезоэлектрических преобразователей кроме кристаллов кварца служат искусственные ферроэлектрические кристаллы (в частности, титанат бария в виде поликристаллической керамики), имеющие по сравнению с естественными кристаллами большую чувствительность и меньшее сопротивление. Однако температура Кюри искусственных кристаллов сравнительно низка (при нагревании выше этой температуры пьезоэлектрические свойства пропадают). Материалами для магнитострикционных преобразователей служат ферромагнитные элементы и сплавы. Максимальные деформации в обоих случаях определяются механическими свойствами материала тела. Для возбуждения слабых импульсов напряжений используют искровой способ, предложенный Кауфманом и Ревером [52]. Преимущество этого способа состоит в том, что искра действует как точечный источник, тогда как пьезоэлектрический преобразователь, благодаря дифракции, дает сложную волновую картину. [c.17]

При нагреве пьезоэлектрического датчика его основные характеристики (коэффициент преобразования и емкость) значительно изменяются. Это происходит вследствие зависимости пьезомодуля и диэлектрической проницаемости от температуры. У разных материалов эти параметры изменяются по-разному. Существуют материалы, у которых с повышением температуры пьезомодуль изменяется мало, а диэлектрическая проницаемость — значительно. Поэтому для уменьшения температурной погрешности датчика эти материалы следует использовать в датчиках, работающих с усилителями заряда. Пьезокерамику, у которой пьезомодуль и диэлектрическая проницаемость изменяются одинаково, применяют в датчиках, работающих с усилителями напряжения. При нагреве датчика на электродах пьезоэлемента возникает электрический заряд, вызванный пироэффектом, температурной деформацией пьезоэлемента и основных конструктивных элементов датчика. При тепловом ударе сдвигаются пулевые показания датчика и изменяется его чувствительность. [c.351]

Среди пьезоэлектрических материалов для ультразвуковых преобразователей пьезокерамика заняла в настоящее время господствующее положение. Но и магнитострикционные керамические материалы приобретают все большее значение в ультразвуковой технике. По сравнению с преобразователями из пьезоэлектрической керамики ферритовые преобразователи обладают рядом достоинств они не требуют (как и все магнитострикторы) для работы на большой мощности высокого электрического напряжения, что упрощает задачи, связанные с подведением питания к излучателю, и выгодно с точки зрения техники безопасности конструкция их проста, нет необходимости создавать специальные приспособления для защиты электродов, как это приходится делать с пьезоэлектрическими элементами они не чувствительны к воздействию внешней среды, могут работать, даже будучи погруженными в агрессивные жидкости. [c.113]

Рис. 5.20. Звуковое давление, эквивалентное игуму, для пьезоэлектрического чувствительного элемента, соединенного с предусилителем, соответствующим рис. 5.19. Использована типичная чувствительность, равная —80 дБ относительно I В/(дин/см ). Шумовое давление дается в децибелах относительно 1 дин/см2 В полосе 1 Гц. Прямой вверху показан уровень штилевых шумов моря по Кнудсену. На кривых указана емкость рабочих элементов.

ВОД электрического поля используют электрооптические или пьезоэлектрические чувствительные элементы. Из веществ, обладающих электрооптическим эффектом, наилучшие характеристики обеспечивают кристаллы В1128Ю2о ввиду присущей им малой зависимости эффекта Поккельса от температуры (погрешность составляет 10 / С). Для повышения чувствительности ячейку выполняют многопроходной. Так, кристалл В112вЮ2о с размером сечения 3X3 мм при 50 проходах луча внутри него обладает полуволновым напряжением 112 В и обеспечивает пороговую чувствительность 1 В при отношении с/ш = = 30 дБ [55]. [c.216]

И51МИ элементами 35 ----с полупроводниковыми тензорезисторами 30, 31 ---с проводниковыми (фольговыми) тензорезисторами 30, 31 — ---с пьезоэлектрическими чувствительными элементами 32—34 ---— с электромагнитными чувствительными элементами 34 Дерево распознавания 112, 113 Диаграмма фильтрации шкалы препятствий 115, 116 [c.252]

Возможности существующих методов регистрации параметров нагрузки ограничивают экспериментальные исследования волновых процессов. В настоящее время в практике экспериментальных исследований нашли применение методы, основанные на использовании емкостного датчика [107, 223] и лазерной интерферометрии [315, 316] для регистрации скорости свободной поверхности материала при выходе на нее волны нагрузки, электромагнитного датчика [97, 442] для регистрации массовой скорости за фронтом волны в неметаллах и датчиков для непосредственной регистрации давления, использующих изменение под давлением электрических параметров чувствительного элемента— изменение под давлением сопротивления манганинового проводника [117, 320], эффектов поляризации при сжатии пьезоэлектрических [365, 371] и непьезоэлектрических [311, 366] материалов и др. [c.168]

Для исследования динамических процессов в пленке производят одновременное осциллографирование зазора и осциллографи-рование давления по напряжению с усилителя датчика давления. Низкочастотные колебания давления могут быть записаны с помощью тензометрических датчиков, но точность измерения низка вследствие влияния динамических процессов в канале от сверления в кольце до датчика. Применение (рис. 79, а) пьезоэлектрических датчиков 3, чувствительный элемент 2 которых устанавливается непосредственно в неподвижный уплотнительный диск 1 за тонкой перемычкой, позволяет замерять динамическое давление в пленке (пьезоэлектрические датчики замеряют только переменную часть давления). На рис. 79, б показаны осциллограммы пульсаций давления и зазора при работе уплотнения, из которых видно, что колебания давления и зазора происходят с одинаковой частотой, а увеличение давления в пленке соответствует уменьшению зазора. На амплитуду и форму колебаний давления влияет удель- [c.155]

Пьезоэлектрический датчик без модуляции нагрузки чувствительного элемента (рис. 7, в) состоит из двух пьезопластин 1, между которыми расположен металлический электрод 2, имеющий изолированный вывод 3. Внешние стороны пьезопластин соединены с корпусом датчика. При сжатии на сторонах пьезопластин, обращенных к центральному электроду, создаются электрические заряды одинаковой полярности. Полученное на датчике напряжение через усилитель с высокоомным входом подключается к измерительному устройству. [c.13]

При большой частоте колебаний давлений упругие чувствительные элементы из-за своей инерционности применять нецелесообразно. Для этого, а также для измерения деформаций применяют тензо-метрические и пьезоэлектрические датчики. Принцип действия тензометрических 1-датчиков (рис. 4.10) основан на тензомет- [c.100]

Измерение давления в волновых течениях осуществляется с помощью манометрических преобразователей — датчиков чувствительный элемент которых реагирует на изменение основных термодинамических величин (давления, плотности и температуры) за фронтом ударной волны. Известны следующие преобразователи непрерывного действия пьезоэлектрические и пьезорезисторные датчики, датчики на основе эффектов ударной поляризации, ударного намагничивания, размагничивания и термоЭДС. Обзор экспериментальных и теоретических результатов по методам измерения давления в ударных волнах дан в [29, 30]. [c.274]

На пьезоэлектрическом эффекте основан принцип действия датчиков с чувствительными элементами из титаната бария [35], цирконатотитаната свинца [36], ниобата и танталата лития [37]. [c.275]

Все Электрощуповые приборы (профилографы и профилометры) по типу устройства, преобразующего линейное перемещение иглы в колебания электрического напряжения, удобно классифицировать на приборы с датчиками генераторного и параметрического типов. К приборам с датчиками генераторного типа относятся электродинамический и пьезоэлектрический профилометры. Электродинамическими щуповыми приборами наиболее часто называют приборы, в которых игла жестко связана с катушкой, колеблющейся в поле постоянного магнита (профилометр Аббота, профилометр Киселева КВ-7). При пересечении магнитных силовых линий витками катушки, в ней генерируется э.д.с., пропорциональная скорости осевого перемещения иглы. В пьезоэлектрических профилометрах и профилографах чувствительным элементом является пьезокристалл или пьезокерамика, на обкладках которых при движении иглы возникает разность потенциалов. [c.63]

Потребность в простой и удобной аппаратуре для производственного контроля и для быстрой и надежной оценки чистоты поверхности вызвала к жизни большое количество конструкций щуповых профилометров, позволяющих производить отсчет показаний непосредственно по циферблату прибора. Помимо широко известных профилометров Аббота и Киселева, в которых использованы электродинамические датчики, за последние годы были разработаны также профилометры с пьезоэлектрической ощупывающей головкой. Одной из первых конструкций подобного-рода был пьезоэлектрический профилометр Л. Ронина (ЦНИИТМАШ). В качестве чувствительного элемента в приборе применялся кристалл сег-нетовой соли. Последний, как известно, генерирует электродвижущую-силу в сотни раз большую, чем датчик прибора Аббота. Благодаря этому усилитель профилометра имел всего лишь одну лампу (двойной триод). Включение микроамперметра по схеме моста еще более повышало чувствительность прибора. [c.83]

Таким образом, прибор пригоден для измерения малых ускорений вибраций в сравнительно широком диапазоне частот и, что очень важно, обладает небольшим частотнонезависимым собственным сопротивлением в области инфразвука вплоть до нулевых частот. В этих отношениях он превосходит пьезоэлектрические акселерометры. Следует, однако, отметить, что нажим с помощью иглы создает очень большие местные напряжения в чувствительном элементе, из-за чего прибор выдерживает гораздо меньшие перегрузки, чем пьезоэлектрические акселерометры на основе пьезокерамических материалов, а также создает трудности сохранения неизменным начального поджатия. Получить в микрофонах усилие столь же большое, как и в акселерометрах, затруднительно, и условия работы контакта становятся менее благоприятными. [c.229]

Звукоснихматели, или, как их часто называют, адаптеры, для воспроизведения граммофонной записи могут быть электродинамического, электромагнитного и шьезоэлектрического типов. Принцип действия любого адаптера состоит в том, что его подвижная система приводится в колебание скрепленной с нею иглой, идущей по бороздке. Подвижная система связана с чувствительным элементом адаптера (подвижной катушкой электродинамического преобразователя, ферромагнитным якорьком, охватываемым обмоткой электромагнитного преобразователя, пьезоэлехменгом пьезоэлектрического преобразователя). Получающаяся б результате колебаний подвижной системы эдс подводится ко входу усилителя. [c.248]

По структуре П. делятся на простые и сложные. Простые П. неносредственно преобразуют одни величины в другие. К ним относятся, напр., термоэлемент (преобразующий темп-ру в эдс постоянного тока), пьезоэлектрический датчик (механич. усилие—в эдс), висмутова.я спираль (напряженность магнитного поля — в измепепие омич, сопротивления), емкостный датчик (взаимное перемещение пластпн конденсатора — в изменение емкости). См. также Чувствительные элементы. [c.193]

Потери, напряжения при передаче определяются как отношение напряжения холостого хода чувствительного элемента-гидрофона. (обычно пьезоэлектрического элемента) к напряжС нию холостого хода на выходе предусилителя и кабеля или другого сопутствующего устройства. Отметим, что при таком определении потери выражаются числом, большим единицы, или положительным числом децибел. [c.155]

ДЛЯ электродинамических преобразователей, но не для магнитострикционных. Данные характеристики построены в предположении, что размеры элементов преобразователей малы по сравнению с длиной волны в воде. Таким образом, для получения характеристик с плоским участком требуется излучатель небольших размеров, имеющий резонанс в области низких частот. Можно создать электродинамические преобразователи с диаметром диафрагмы в несколько сантиметров и с резонансом около 100 Гц, что соответствует длине волны в воде порядка 15 м. Магнитострикционные преобразователи, как и пьезоэлектрические, Буллет [2] называет преобразователями с объемной силой , потому что в них электромеханические силы действуют во всем объеме материала чувствительного элемента. Следовательно, такие преобразователи резонируют на частотах, обратно пропорциональных их размерам. Несмотря на введение различных конструктивных новшеств, пока еще не удалось создать резонансные магнитострикционные преобразователи с очень малыми размерами и в. то же время с резонансом на очень низких частотах. [c.259]

В зависимости от назначения и условий работы Г. имеют разнообразные конструкции. Чувствительным элементом Г. обычно служит пьезоэлектрический преобразователь или магнита стрикционный преобразователь. Его размер выбирают исходя из требования, чтобы основная частота резонанса механич. системы была выше диапазона рабочих частот это позволяет уменьшить неравномерность частотной характеристики и искажения диаграмм направленности в этом диапазоне. Чувствительные элементы могут иметь форму стержней, цилиндров, пластин, иногда сфер, выполненных из пьезоэлектрических материалов в частности из пьезокерамики, и реже — из магнитострикционных материалов. Принимаются специальные меры по обеспечению герметичности и прочности, особенно при работе Г. в условиях, когда действуют большие гидростатич. давления. Чувствительный элемент с электронными блоками помеш,ается в металлич. оболочку, применяются жидкостные компенсаторы гидростатич. давления, специальные резины, покрытия и смолы для заш,иты чувствительных элементов, непосредственно контактируюш,их с водой, и кабельных вводов. [c.85]

В ЭАП для акустических методов контроля чаще всего используют пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектричество (от греч. piezo — давлю)—возникновение электрической поляризации некоторых диэлектриков при их механической деформации. Соответствующие преобразователи называют пьезоэлектрическими (ПЭП). Чувствительный элемент из пьезоматериала (пьезоэлемент) обычно имеет форму пластины. На противоположные ее поверхности наносят металлические (серебряные, медные) электроды. Значительно реже применяют пьезоэлементы другой формы [13], поэтому здесь они не рассматриваются. [c.57]

Преобразование сил, возникающих при физическом контакте захвата с объектом, в электрический сигнал в рассматриваемых датчиках осуществляется двумя путями. Первый из них заключается в непосредственном измерении упругих деформаций чувствительных элементов датчика. Наиболее часто для этого применяют тензорези-сторные, пьезоэлектрические и магнитоупругие преобразователи. [c.29]

Новые перспективы в конструировании силоизмерительных чувствительных элементов тактильных и силомоментных датчиков открывает использование пьезоэлектрического трансформаторного датчика, коэффициент передачи которого зависит от действующей на него статической силы. Сохраняя все основные достоинства пьезоэлектрических датчиков силы высокую жесткость, низкую чувствительность к изменениям температуры и малые размеры, пьезоэлектрический трансформатор позволяет осуществлять измерение статических сил (рис. 2.3). [c.32]

Для применения в качестве чувствительного элемента при высоких температурах 915—1093 °С в настоящее время изучается ниобат лития (Ь1МЬ0з). Этот пьезоэлектрический материал показал предельную чувствительность в качестве продольно поляризованного преобразователя. Недавние работы по использованию его в установленных на торце поляризованных [c.42]

ЖИТЬ преобразователем механических колебаний в электрические сигналы. Пьезопластинки являются основным элементом пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), предназначенных для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний. Основные, преимущества ПЭП, обусловливающие их широкое применение, — высокая эффективность преобразования (высокая чувствительность) и простота конструкции. Используют три основные схемы конструктивного исполнения контактных ПЭП (рис. 9.5) прямые, наклонные, раздельно-совмещенные [4]. [c.148]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...