Пьезоэлектрический эффект

Что такое пьезоэлектрический эффект?

Пьезоэлектрический эффект (от древнегреческого слова «piezein» – нажимать) описывает свойство определенных твердых тел создавать электрический заряд при механической нагрузке. Из-за воздействия силы изменяется микроскопическая структура тела; возникают диполи, между которыми образуется напряжение. – Также возможно обратное: пьезоэлектрические (PE) материалы эластично деформируются под воздействием напряжения. Одним из основных пьезоэлектрических материалов является кристалл кварца  (SiO2).

Пьезоэлектрических эффект в кристалле кварца

Возникающие на пьезокристалле электрические заряды пропорциональны воздействующей силе и с помощью усилителя заряда в качестве сигналов могут использоваться для метрологического сбора данных. В отличие от многих других пьезоэлектрических материалов кварц не обладает пироэлектрическим эффектом и, соответственно, устойчив к колебаниям температуры. В 1950 году Вальтер П. Кистлер получил патент на усилитель заряда для пьезоэлектрических сигналов. Это открыло дорогу для датчиков с выдающимися метрологическими свойствами при динамических и квазистатических процессах.

Применение пьезоэлектрического эффекта

Пьезоэффект лежит в основе действия пьезоэлектрических датчиков, которые широко используются в промышленных процессах, например при литье под давлением, в медицинской, авиационно-космической и железнодорожной промышленности, а также в биомеханикетермоакустике и многих других областях. Разработанные для конкретного применения датчики являются основным элементом систем контроля технологических процессов с анализом данных для высоких производственных результатов.

Преимущества пьезоэлектрических датчиков

В зависимости от направления действия силы или положения относительно полярных осей кристалла возникает продольный (в направлении воздействия силы), поперечный или диагональный пьезоэффект, благодаря чему возможны различные варианты установки пьезодатчика на машине. – В сравнении с тензометрическими преобразователями пьезодатчики имеют особые преимущества, такие как очень широкий диапазон измерения, короткие пути измерения, защита от перегрузки и выдающаяся долговременная стабильность – иногда даже в течение десятилетий. Самое простое использование пьезоэлектрического эффекта возможно в так называемых датчиках IEPE.

Контакты
(max 25 Mb)