42.Пьезоэффект.

Прямой пьезоэффект – механическое напряжение вызывает заряд. Обратный – преобразование механического напряжения в деформацию. Эффект обладает знакочувствительностью (растяжение или сжатие). Эффектом обладают кристаллы (кварц, турмалин и др.) и искусственно созданные (титанат свинца, титанат бария и пр.). Физика эффекта: без напряжения заряды скомпенсированы; при деформации происходит смещение атомов и зарядов – возникает потенциал на гранях кристалла.

43.Пьезоэлектрические измерительные преобразователи. Области применения

Датчики давления, скорости (используется прямой пьезоэффект);

Датчики на пьезорезонансе (одновременно прямой и обратный эффект) – устанавливаются стоячие волны; размер датчика равен целому числу полуволн. F=n/2h*√(E/ρ). Все датчики чувствительны к температуре =>часто используется дифференциальное включение для снижения погрешности. Для повышения стабильности: выбор датчика по характеристикам, цепи термокомпенсации, термостабилизация. 44. Пьезоэлектрические преобразователи прямого пьезоэффекта. Схема замещения. На рис. 3.1 схематически показано устройство пьезоэлектрического преобразователя давления. Измеряемое давление Р действует на мембрану 1, представляющую собой дно корпуса преобразователя. Кварцевые пластины 2 соединены параллельно, наружные обкладки пластин заземляются, а средняя обкладка (латунная фольга 3) изолируется. Сигнал с кварцевых пластин снимается кабелем 5. Для удобства предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой 4. Рис. 3.1. Устройство пьезоэлектрического преобразователя Выходная мощность пьезоэлектрических преобразователей очень мала, и поэтому на выход преобразователя должен быть включен усилитель с большим входным сопротивлением.  Достоинства: малые габариты, простота конструкции, надежность в работе, возможность измерения быстропеременных величин, широкий спектр частот измеряемых ускорений, малая чувствительность к магнитным полям, достаточная ударная прочность. Недостатки: необходимость дополнительной установки усилителя, неточность установки пластин, температурная

погрешность

45.Пьезоэлектрические измерительные преобразователи. Включение в измерительную цепь

Генераторное включение (преобразование q в U)

Пьезорезонанс:

• Автоколебания (резонатор в качестве частотозадающего элемента)

• Вынужденные колебания (датчик возбуждается независимым генератором; амплитуда и фаза тока определяется проводимостью; измеряемое воздействие изменяет fрез, а значит пмодулирует потери в резонаторе, меняются амплитуда и фаза на выходе)

• Свободные колебания (возбуждение резонатора и отключение его от схемы; через усилитель снимаются затухающие колебания)

• 46 Химические сенсоры

• Химические сенсоры представляют собой датчики, в которых два типа преобразователей – химический и физический – находятся в тесном контакте между собой.

• Химический преобразователь состоит из слоя чувствительного материала, который формирует селективный отклик на определяемый компонент: он способен отражать присутствие определяемого компонента и изменение его содержания. Физический преобразователь – трансдьюсер – преобразует энергию, которая возникает в ходе реакции селективного слоя с определяемым компонентом, в электрический или световой сигнал. Этот сигнал затем измеряется с помощью светочувствительного и/или электронного устройства. Химические сенсоры могут работать на принципах химических реакций и на физических принципах. В первом случае аналитический сигнал обусловлен химическим взаимодействием определяемого компонента с чувствительным слоем, который выполняет функцию преобразователя. Во втором случае измеряется физический параметр (коэффициент поглощения или отражения света, масса, проводимость и др.).

• Для повышения избирательности на входном устройстве перед химически чувствительным слоем размещаться мембраны, которые селективно пропускают частицы определяемого компонента (ионообменные, гидрофобные и другие пленки). При этом определяемое вещество диффундирует через полупроницаемую мембрану к тонкому слою

• селективного слоя, в котором формируется аналитический сигнал на компонент. На основе химических сенсоров разрабатываются сенсорные анализаторы, которые представляют собой приборы для определения какого-либо вещества в заданном диапазоне его концентраций. Заметим, что к химическим сенсорам относятся также биосенсоры.

• Подразделяют на следующие типы:

• • электрохимические (потенциометрические, кулонометрические и др.);

• • электрические (полупроводниковые на основе оксидов металлов и др.);

• • магнитные (датчики Холла, магниторезистивные полупроводниковые элементы и др.);

• • термометрические;

• • оптические (люминесцентные, спектрофотометрические и др.);

• • биосенсоры (на основе различного биологического материала: ферментов, тканей,

• бактерий, антигенов, рецепторов и др.);