Podstawowe zasady działania piezoelektrycznych czujników ceramicznych

Piezoelektryczne czujniki ceramiczne to czujniki ultradźwiękowe wykonane w oparciu o efekt piezoelektryczny wytwarzany przez niektóre dielektryki. Tak zwany efekt piezoelektryczny odnosi się do zjawiska polegającego na tym, że niektóre dielektryki ulegają odkształceniom (w tym odkształceniom przy zginaniu i rozciąganiu) na skutek polaryzacji ładunków wewnętrznych, gdy są odkształcane pod wpływem sił zewnętrznych w określonym kierunku. Materiały piezoelektryczne można podzielić na piezoelektryczne monokryształy, piezoelektryczne materiały polikrystaliczne i organiczne materiały piezoelektryczne.

Najczęściej stosowanymi przetwornikami z ceramiki piezoelektrycznej są różnego rodzaju ceramika piezoelektryczna należąca do polikryształów piezoelektrycznych oraz kryształów kwarcu w monokryształach piezoelektrycznych. Inne monokryształy piezoelektryczne obejmują niobian litu, tantalan litu, galusan litu i germanian bizmutu, odpowiednie do środowisk promieniowania o wysokiej temperaturze.

Zasada działania Piezoelektryczny czujnik ceramiczny opiera się głównie na efekcie piezoelektrycznym. Wykorzystuje komponenty elektryczne i inne maszyny do przekształcania mierzonego ciśnienia na energię elektryczną, a następnie wykonuje precyzyjne instrumenty pomiarowe, takie jak wiele przetworników ciśnienia i czujników ciśnienia. Do pomiaru statycznego nie można stosować ceramicznych czujników piezoelektrycznych, ponieważ ładunek po poddaniu działaniu siły zewnętrznej może zostać zachowany, gdy obwód ma nieskończoną rezystancję wejściową.

Rzeczywisty Czujniki piezo akustyczne można stosować wyłącznie w pomiarach dynamicznych. Jego głównymi materiałami piezoelektrycznymi są diwodorofosforan, winian sodowo-potasowy i kwarc. Efekt piezoelektryczny występuje w kwarcu. Kiedy zmienia się naprężenie, pole elektryczne zmienia się bardzo mało, a niektóre inne kryształy piezoelektryczne zastąpią kwarc. Winian potasowo-sodowy, posiada duży współczynnik piezoelektryczny i czułość piezoelektryczną, jednak można go stosować wyłącznie w pomieszczeniach zamkniętych, gdzie wilgotność i temperatura są stosunkowo niskie.

Diwodorofosforan jest sztucznym kryształem, może być stosowany w środowisku o dużej wilgotności i wysokiej temperaturze, dlatego jego zastosowanie jest bardzo szerokie. Wraz z rozwojem technologii efekt piezoelektryczny zaczęto stosować także w przypadku polikryształów. Na przykład: ceramika piezoelektryczna, ceramika piezoelektryczna z niobianu i kwasu magnezowego, ceramika piezoelektryczna z serii niobianowa i ceramika piezoelektryczna z tytanianu baru. Czujnik efektu piezoelektrycznego jest czujnikiem typu konwersji elektromechanicznej i czujnikiem typu samogenerującego. Jego wrażliwe elementy wykonane są z materiałów piezoelektrycznych. Kiedy materiały piezoelektryczne piezoelektryczne przetworniki cylindryczne zostaną poddane działaniu siły zewnętrznej, na ich powierzchni utworzą się ładunki. Ładunki przejdą przez wzmacniacz ładunku, wzmocnienie obwodu pomiarowego i konwersję impedancji. Jest ona przekształcana na moc wyjściową proporcjonalną do otrzymanej siły zewnętrznej.