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.