Czujniki piezoelektryczne w praktyce

Pomiar takich parametrów jak siła drgań, ciśnienie czy prędkość odgrywa niezwykle istotną rolę w wielu branżach przemysłu – dzięki niemu możliwe jest między innymi wydajne kontrolowanie stanu technicznego urządzenia oraz jakości produkcji. Do wykonywania tego typu pomiarów używa się skomplikowanych systemów diagnostycznych, których żywotnymi elementami są czujniki piezoelektryczne. Co warto o nich wiedzieć?

Czym jest czujnik piezoelektryczny?

Czujniki piezoelektryczna znane są również pod nazwą przetworników piezoelektrycznych. Są to stosunkowo proste urządzenia, które wykorzystują tak zwane zjawisko piezoelektryczne w celu przetworzenia zmian kształtu lub sił na napięcie elektryczne. Możliwe jest to przez zastosowanie specjalnych kryształów, zwanych piezoelektrykami. Jednym z piezoelektryków jest kwarc, który ze względu na swoją stałość parametrów jest najpowszechniej stosowanym w produkcji czujników piezoelektrycznych, takich jak te dostępne w ofercie firmy EC Test Systems.

Na czym polega zjawisko piezoelektryczne?

Zjawisko piezoelektryczne zostało odkryte w 1880 roku przez braci naukowców Pierre’a i Jacques’a Curie w wyniku badań wpływu naprężeń mechanicznych na własności piroelektryków. Zaobserwowali oni, że pod wpływem działania siły mechanicznej na powierzchni niektórych kryształów pojawiają się ładunki elektryczne w ilości proporcjonalnej do przyłożonego naprężenia.

Zjawisko elektrostykacji

Drugim zjawiskiem, na którym opiera się funkcjonowanie czujników piezoelektrycznych, jest tzw. zjawisko elektrostykacji, nazywane również zjawiskiem odwrotnym. Polega ono na tym, że pod wpływem przyłożenia napięcia elektrycznego, kryształ piezoelektryczny jest w stanie zmieniać swój kształt.

Jak zbudowany jest czujnik piezoelektryczny?

W praktyce najprostsze czujniki piezoelektryczne wykonywane są z płaskiego kryształu kwarcu lub innego materiału piezoelektrycznego, który umieszcza się między dwoma metalowymi okładzinami. Jedną z nich może być mosiężna płytka, występująca w charakterze jednocześnie osłony, jak i membrany – z jednej strony chroni ona delikatny piezoelektryk przed uszkodzeniami mechanicznymi, z drugiej zaś stanowi medium, przekazujące napięcie mechaniczne na powierzchnie kryształu. Drugą okładziną może być napylona na powierzchnie piezoelektryka metaliczna powłoka, przekazująca napięcie elektryczne powstające w wyniku nacisku mechanicznego. Odczytanie informacji o wartości napięcia elektrycznego pozwala określić wartość nacisku mechanicznego wywartego na materiał piezoelektrycznych

Zastosowanie czujników piezoelektrycznych w praktyce

Czujniki piezoelektryczne znajdują bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle. Używa się ich w systemach diagnostyki ciśnienia i drgań, występujących w urządzeniach, liniach produkcyjnych, pojazdach etc.