magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Piezoelektromos nyomásmérők

A nyomásmérőknél szokásos abszolút nyomás-, túlnyomás-, nyomáskülönbség-mérő osztályozás csak a statikusan mérő eszközök esetében értelmezhető. Dinamikusan mérő piezoelektromos nyomásmérőknél csak nyomásmérőkről beszélünk, és speciális esetként említjük a két kivezetéssel ellátott dinamikus és kvázistatikus nyomáskülönbség-mérőket. Szokásos a nyomásmérők méréstartomány szerinti osztályozása is, miszerint néhány bar nyomásig alacsony nyomású, néhány 100 bar-ig általános felhasználású és 1 kbar felett pedig nagynyomású mérőkről beszélünk. A μbar tartományban működő érzékelők elnevezése piezoelektromos mikrofon.

.

Piezoelektromos erőmérők

A piezoelektromos átalakítókkal megvalósítható dinamikus erőmérés szinte kizárólag  α-kvarcból kialakított erőmérőkkel történik. Az anyagválasztás leglényegesebb oka a nagy linearitásban keresendő, amelyet nem zavarnak a piro- és ferroelektromos jelenségek.

.

Piezoelektromos gyorsulásmérők

Nagy frekvenciájú és nagy amplitúdójú gyorsulások mérésére elsősorban a piezoelektromos elemek alkalmasak, amelyek között is kiemelkedő szerep jut a longitudinális hatás alapján működő, ún. vastagsági rezgőelemnek. A rezgésmérőkre vonatkozó általános ismeretanyag birtokában [1] az alábbiakban azt vizsgáljuk meg, hogy a valóságos viszonyokat jobban közelítő, elosztott paraméterű modellel leképzett érzékelőrendszerből milyen méréstechnikai, alkalmazástechnikai következtetéseket lehet levonni.

.

Piezoelektromos ultrahangforrások

Folyadékokban és szilárd testekben ultrahangok előállítására piezoelektromos és piezomágneses [1] átalakítókat használnak. Piezomágneses átalakítók csak kb. 100 kHz frekvenciatartományig használhatók, a piezoelektromos eszközökkel azonban kHz…GHz-tartományban (7 frekvenciadekád!) gerjeszthetők rezgések. A frekvenciatartományon belül 100 kHz-ig általában az ún. „súlyzós” konstrukciók, e felett pedig a λ/2-sugárzók használatosak. Az átalakítók anyaga kb. 10 MHz-ig piezoelektromos kerámia vagy longitudinális, illetve tranzverzális csúsztató üzemű α-kvarc, 10 MHz felett pedig piezoelektromos félvezető. A továbbiakban a felsorolt példák az eddig megismert elmélethez szemléltetésül szolgálnak, és segítenek tájékozódni a valóságos viszonyok közötti működés feltételeiről.

.

Érzékelők kialakításának gyakorlati szempontjai

A piezoelektromos átalakítókat működési frekvenciatartományuk szerint kvázistatikus-, dinamikus- és ultrahang-átalakítók csoportjaiba sorolhatjuk. Ehhez jönnek még a statikusan mérő erő- és nyomásmérők, amelyek a felületi hullámterjedés elvén működnek, valamint a piezoelektromos kristályok rezonanciafrekvenciájának hőmérséklet-függésén alapuló hőmérők. Ez utóbbiaknál a mérendő paraméterek lehetnek ugyan statikusak, de a piezoelektromos átalakító működése már a dinamikus tartományba esik.

.

Elosztott paraméterű modellezés

A piezoelektromos átalakítók elasztomechanikai tulajdonságainak vizsgálatánál eddig feltételeztük, hogy a mozgások olyan lassúak, hogy a tömegek tehetetlenségi erejét figyelmen kívül hagyhattuk. Ennek az volt a következménye, hogy a jelátalakítók analóg helyettesítő képének mechanikai oldalát is koncentrált paraméterű elemekkel jellemeztük. Ez a feltételezés nem állja meg a helyét akkor, ha a mechanikai folyamatok változási frekvenciája olyan nagy, hogy a periodikusan változó deformációk hullámhosszúsága összemérhető a vizsgált test geometriai méreteivel. Mivel a piezoelektromos átalakítók minden bizonnyal nagyobbik hányada, mint dinamikus rendszer (például gyorsulásmérők, elektromechanikai oszcillátorok, ultrahangforrások és -vevők, szűrők stb.) olyan frekvenciatartományban dolgozik, amelyek esetében ezt a körülményt minden bizonnyal figyelembe kell venni.

.

Piroelektromos érzékelők

A piroelektromos érzékelők a kontaktusmentes hőmérséklet-mérésre kifejlesztett pirométerek egyik fontos eszközei. A Planck-törvénnyel leírható hőmérsékleti sugárzás detektálásával ugyanis lehetőség nyílik a sugárzó felület hőmérsékletének a megmérésére. A mérési módszer lényege, hogy a felület által kisugárzott hőenergia egy meghatározott hányadát a pirométer segítségével begyűjtjük, és ezt megfelelő körültekintéssel detektáljuk, aminek célja az érzékelt hőenergia villamos jellé alakítása. Detektorként többféle eszköz is használható (Golay-cella, bolométer, termooszlop stb.), amelyek kiegészítésére a piroelektromos érzékelő is alkalmas a feladat ellátására.

.

Piezoelektromos átalakítók analóg helyettesítő képének kapcsolata az anyagjellemzőkkel

Ebben a fejezetben azt vizsgáljuk meg, hogy a gyakorlati alkalmazásokban szokásos u feszültség, i áram, v sebesség és F erő makroszkopikus változók és az eddigiekben megismert piezoelektromos anyagjellemzők között milyen kapcsolat van. Más megfogalmazással élve: keressük a véges mechanikai méretekkel rendelkező piezoelektromos átalakítók mechanikai, villamos és piezoelektromos tulajdonságainak az eddig megismert anyagjellemzőkkel való kapcsolatát. Célszerű a vizsgálathoz az analóg helyettesítő képek (AHK) módszerénél megismert  ábrázolást választani (1. ábra).

.

 

  feed-image Magyar Elektronika