Лекция: Загальні особливості п'єзоелектричних перетворювачів
Принцип дії п'єзоелектричних перетворювачів оснований на використанні прямого або зворотного п'єзоелектричних ефектів. Суть прямого п'єзоелектричного ефекту полягає в поляризації певного класу діелектриків, названих п'єзоелектриками, при механічних напруженнях в їх кристалах. Зворотний п'єзоефект проявляється в деформації п’єзоелектрика в електричному полі.
Рис. 1 – Кристал кварцу
П’єзоелектричні перетворювачі застосовуються в якості перетворювачів сил, тиску, прискорень, у яких використовується прямий п’єзоефект. В останній час широко застосовуються також так звані п’єзорезонансні перетворювачі, тобто перетворювачі, в яких одночасно використовується прямий та зворотній п’єзоефект, спільний прояв яких при максимальному коефіцієнті перетворення енергії з одного виду в інший спостерігається при резонансній частоті. П’єзорезонатор є дво-полюсником, виконаним у вигляді конденсатора (Рис. 2), між обкладками якого розміщений п’єзоелектрик.
Рис 2
Прикладена до п’єзоелектрика змінна напруга викликає деформацію та механічне напруження в елементі, котрі дають зворотню реакцію у вигляді поляризації, тобто появи зарядів на електродах. По мірі наближення частоти збуджувальної напруги до резонансної напруга механічних коливань різко збільшується, внаслідок чого різко збільшується і амплітуда коливань заряду, а отже різко зростає складова змінного струму, яка викликає деформацію п’єзоелемента. Принцип роботи п’єзорезонансних перетворювачів оснований на використанні залежності резонансної частоти п’єзорезонатора від значення вимірюваної величини.
П’єзоелектричні перетворювачі відрізняються простотою конструкції при можливості мініатюрного виконання, надійністю роботи, високою точністю. Для кварцу похибка перетворення механічної напруженості в заряд становить 0,01..0,001 % у широкому діапазоні частот. Тому п'єзоелектричні перетворювачі є найточнішими з перетворювачів сил, тиску, прискорень. Крім того, вони мають дуже високий вхідний механічний опір, тобто надзвичайно мало деформуються.