2) Пьезоэлектрические преобразователи, прямого пьезоэффекта

На рис. 4.1 схематически показано устройство пьезоэлектрического преобразователя давления. Измеряемое давление Р действует на мембрану 1, представляющую собой дно корпуса преобразователя. Кварцевые пластины 2 соединены параллельно, наружные обкладки пластин заземляются, а средняя обкладка (латунная фольга 3) изолируется. Сигнал с кварцевых пластин снимается кабелем 5. Для удобства предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой 4.

 

Рис. 4.1. Устройство пьезоэлектрического преобразователя

 

Выходная мощность пьезоэлектрических преобразователей очень мала, и поэтому на выход преобразователя должен быть включен усилитель с большим входным сопротивлением.

Достоинства: малые габариты, простота конструкции, надежность в работе, возможность измерения быстропеременных величин, широкий спектр частот измеряемых ускорений, малая чувствительность к магнитным полям, достаточная ударная прочность. Недостатки: необходимость дополнительной установки усилителя, неточность установки пластин, температурная погрешность.

3) Термочувствительные пьезорезонансные преобразователи

Конструкция термочувствительного пьезорезонансного преобразователя показана на рис. 4.2. В металлический герметизированный баллон (диаметром 6 – 8 мм), заполненный гелием, помещен линзовый кварцевый резонатор 1, укрепленный на токоподводах 2 и 3.

 

Рис. 4.2. Конструкция кварцевого термопреобразователя

 

Достоинства: большая инерционность, высокая разрешающая способность, широкий температурный диапазон. Недостатки: перегрев, погрешность от гистерезиса.

1) Емкостные преобразователи

Действие емкостных преобразователей основано на преобразовании входной величины в изменение емкости конденсатора. В общем случае емкость конденсатора С есть произведение диэлектрической проницаемости ε на геометрическую проводимость G зазора между электродами: С = εG.

С = f (Х) – функция преобразования емкостного преобразователя.

Существует большое количество емкостных преобразователей. Они служат для измерения уровня, толщины ленты диэлектрика, угла поворота, перемещения, давления… Конструктивные схемы емкостных преобразователей выполняются в различных вариантах в зависимости от области применения. Изменение емкости конденсатора можно достичь изменением входной величины: расстояния dмежду двумя (и более) электродами (рис. 4.3, а); площади S электродов, образующих собственно емкость (рис. 4.3, б); диэлектрической проницаемости ε среды между электродами (рис.4.3, в) и другими способами.

Рис. 4.3. Емкостные измерительные преобразователи

 

Емкость плоскопараллельного конденсатора С = ε S/d. Емкость цилиндрического конденсатора вычисляется так: С = 2 π ε ℓ/ln (D₂/D₁), где ℓ - длина цилиндра; D₁ и D₂ – внутренний диаметр внешнего и наружный диаметр внутреннего цилиндра соответственно.

Достоинства: высокая чувствительность, простота конструкции, отсутствие шумов, инерционность, отсутствие самонагрева, габаритные размеры определяются конструктивными соображениями, малый вес, возможность измерения быстро протекающих процессов, возможность получения различных характеристик по характеру. Недостатки: необходимость установки усилителя, необходимость экранирования, воздушный зазор должен быть тщательно защищен от влаги, пыли и паров, способных вызвать коррозию.