6.4.1 Індукційні перетворювачі

Принцип роботи таких перетворювачів ґрунтується на використанні явища електромагнітної індукції (схема 1 у табл.6.4).

При лінійних або кутових переміщеннях вимірювальної котушки у відомому магнітному полі наведена в ній е. р. с.

,

де В_р - індукція в робочому зазорі;

l - активна довжина вимірювальної котушки;

х, - переміщення, відповідно, лінійне або кутове;

S_P - активна площа рамки.

Індукційні перетворювачі використовуються для вимірювання лінійної і кутової швидкостей, а також інших величин, функціонально пов'язаних із ними. Перетворювачі цього типу, призначені для вимірювання кутової швидкості і виконані у вигляді невеликих генераторів постійного чи змінного струмів, називаються тахогенераторами.

Джерелами похибок індукційних перетворювачів є нелінійність функції перетворення і нестабільність параметрів магнітних матеріалів у часі і при зміні температури. Нелінійність зумовлена головним чином неоднорідністю магнітного поля в зазорі і оберненим впливом поля котушки при проходженні по ній струму. Похибки індукційних перетворювачів складають 0,1... 1%.

6. 4. 2 П’єзоелектричні перетворювачі

Принцип дії п’єзоелектричних перетворювачів ґрунтується на явищі п’єзоелектричного ефекту. Якщо на межі діелектрика діє механічна напруга р, то на них утворюються електричні заряди. Це явище називають прямим п’єзоефектом (схема 2 у табл.6.4). Якщо на межі діелектрика є зовнішнє електричне поле, то діелектрик накопичує механічну деформацію. Це явище називається оберненим п’єзоефектом.

Таблиця 6.4 - Основні різновиди генераторних перетворювачів

Тип перетворювачів	Рівняння перетворення	Технічні характеристики
		F – до 10000Н P – до 100 Н/мм2 Q – до 1000 q

Одним із основних питань при проектуванні п’єзоелектричних сенсорів є вибір п’єзоелектричного матеріалу, при якому необхідно звертати увагу на п'єзоелектричні коефіцієнти d і q. Коефіцієнт d, що називається п’єзоелектричною постійною, описує основну чутливість п’єзозаряду, який генерується при прикладанні певної сили. Коефіцієнти d для випадків прямого і оберненого ефектів чисельно однакові. Означення, дане для коефіцієнта d, безпосередньо приводить до основного рівняння для п’єзоелектричних матеріалів: d = СU/F.

Можливі різні способи деформацій п’єзоелектричних матеріалів: за товщиною, довжиною, об’ємні, зсуви по товщині і поверхні. Основними видами деформації є деформації за товщиною і довжиною.

Головні переваги цих перетворювачів: малі габарити, висока надійність, простота конструкції, можливість вимірювати швидкозмінювані параметри. Їх недоліки: неможливість вимірювати статичні величини, наявність гістерезису і нелінійності.

6.4.2 Електретні перетворювачі

Під електретом розуміють постійний наелектризований діелектрик із різнойменними полюсами, що має зовнішнє електричне поле. У більш загальному випадку електрет - це діелектрик, що тривало зберігає поляризацію після віддалення зовнішнього електричного поля і створює в навколишньому просторі електричне поле.

Якщо електрет 1 розміщено між металевими пластинами 2 і 3, з'єднаними провідником (схема 3 у табл.6.4), то на металевих електродах буде виникати наведений заряд, густина якого

,

де δ - густина електричного заряду; ε, l, S - діелектрична проникність, товщина і площа матеріалу електрета; Е - напруга електричного поля, що створюється електретом.

Коли один із електретів коливається, то наведений на ньому заряд буде змінюватись і по зовнішньому колу протікає струм

Електретні перетворювачі можуть використовуватись для вимірювання параметрів вібрацій (електретний мікрофон, телефон), але більше застосування вони знайшли для перетворення тиску навколишнього повітря.

Недолік електретних перетворювачів полягає в тому, що вони зазнають впливу температури. При нагріванні електрет втрачає свої внутрішню поляризацію і поверхневий заряд. Основним фактором, що ускладнює практичне застосування електретів, є складність одержання двох або кількох електретів із різною поверхневою густиною зарядів. І, зрештою, поверхнева густина заряду змінюється в часі, отже, електричне поле поза електретом нестабільне. У той самий час електрет має низьку вартість і просту конструкцію.