Пьезоэлектрические датчики — это устройства, преобразующие механическую энергию (такую ​​как давление, сила или вибрация) в электрическую энергию. Он основан на пьезоэлектрическом эффекте, явлении, при котором некоторые материалы генерируют электрический заряд при деформации.

Поскольку «пьезо» переводится с греческого языка как «нажимать» или «сжимать», пьезоэлектрический датчик контролирует сжатие с помощью пьезоэлектрического явления.

Пьезоэлектрическому датчику не требуется внешний источник тока, а может генерировать выходной сигнал на основе оказываемой деформации. Это делает их популярным выбором для широкого спектра применений. Все чаще пьезо Датчики и системы используются в различных отраслях промышленности, и их иногда интегрируют в другие датчики.

Характеристики пьезоэлектрических датчиков

Пьезоэлектрические датчики прочные, легкие и изготовлены из гибкого пластика, что позволяет изготавливать их в различных размерах, формах и толщинах. Во многих случаях их формуют или приклеивают в положениях в приложениях.

Пьезоэлектрические датчики обладают особыми характеристиками:

- Высокая прочность. они могут выдерживать высокое давление без постоянной деформации.

- Высокое выходное напряжение. Незначительные удары создают большие электрические сигналы.

- Широкий диапазон частот. Подходит для мониторинга вибраций от низких до высоких частот.

- Ударопрочность. Может выдерживать механические удары.

Функционирование

Когда к материалу прикладывается давление или ускорение, на всех гранях кристалла создается равное количество электрического заряда.

Электрический заряд будет пропорционален приложенному давлению. Пьезоэлектрический датчик не может использоваться для измерения статического давления.

При постоянном давлении выходной сигнал будет равен нулю. Работа пьезоэлектрического датчика может быть обозначена следующим образом:

Заряды в пьезоэлектрическом кристалле точно сбалансированы как в симметричном, так и в асимметричном расположении.

Заряды нейтрализуются, поэтому на гранях кристалла не будет чистого заряда.

Когда кристалл сжимается, его заряд становится несбалансированным.

В результате эффект заряда больше не нейтрализуется, в результате чего на противоположных гранях кристалла появляются чистые положительные и отрицательные заряды.

Сжатие кристалла создает напряжение на противоположной стороне, что известно как пьезоэлектричество.

Схема пьезоэлектрического датчика

Схема пьезоэлектрического датчика состоит из внутреннего сопротивления Ri, также известного как сопротивление изолятора. Подключен индуктор, создающий индуктивность из-за инерции датчика.

Емкость Ce обратно пропорциональна эластичности материала датчика. Для получения полного отклика датчика сопротивление нагрузки и утечки должно быть достаточно большим, чтобы поддерживать низкую частоту.

Виды пьезоэлектрических датчиков

1. Пьезоэлектрические акселерометры. Эти датчики обнаруживают ускорение, вибрацию и удар, преобразуя механическое движение в электрический сигнал с помощью пьезоэлектрического вещества.

Общие приложения включают OEM-системы, мониторинг состояния оборудования, автомобильные системы и аэрокосмическую промышленность. Их низкое энергопотребление и широкая частотная характеристика делают их пригодными для обнаружения динамических движений.

2. Пьезоэлектрические датчики силы. Эти датчики обнаруживают и количественно определяют силу, растяжение и сжатие. Когда сила прикладывается к пьезоэлектрическому кристаллу, датчик выдает аналоговый выходной сигнал напряжения.

3. Пьезоэлектрические датчики давления. Обнаруживают изменения давления в газах или жидкостях, превращая их в электрический заряд. Используются в автомобильной, аэрокосмической и промышленной отраслях для контроля изменений давления жидкостей и газов.