Курсовая работа: Электрические датчики в современной металлургии
0,5
0,005
0,03
«Toshiba», Япония
Емкостной, KL C10-s
20
–
0.5
0.05
–
ASEA, Швеция
Магнитоупругий
25
±0,5
0,2
0,01
32 10-3
Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрического эффекта. Прямой пьезоэффект заключается в способности некоторых материалов образовывать электрические заряд U (рис. 7), на поверхности при приложении механической нагрузки F, обратный – в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля.
Рис. 7. Пьезодатчик
В качестве пьезоэлектрических элементов обычно используют естественные материалы – кварц и турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (Ва TiO 3 ), титаната свинца (PbTiO 3 ) и цирконата свинца (PbZrO 3 ). Можно использовать и другие материалы.
Количественно пьезоэффект оценивается пьезомодулем Kd , который устанавливает зависимость между возникающим зарядом Q и приложенной силой F :
Q = Kd F .
Из пьезоматериалов наиболее распространен кварц, что объясняется его удовлетворительными пьезоэлектрическими свойствами, очень высоким сопротивлением, стойкостью к воздействиям температуры и влажности, высокой механической прочностью. Кварц имеет незначительный коэффициент линейного расширения, его пьезомодуль, равный 2,3–10-12 Кл/Н, практически не зависит от температуры до 200 °С, в диапазоне 200… 500 °С изменяется незначительно, а при 573 °С становится равным нулю; удельное электрическое сопротивление кварца порядка 1016 Ом/м; модуль упругости кварца Е=1,1 1010 Па .
Пьезокерамика представляет собой продукт отжига спрессованной смеси, содержащей мелко раздробленные сегнетоэлектрические кристаллы. Характерным отличием сегнетоэлектриков является их доменная структура с хаотически ориентированными полярными направлениями доменов. Пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектрическая пьезокерамика приобретает после поляризации в электрическом поле.
Механическая прочность пьезокерамики очень высока, но зависит от технологии и качества обработки соприкасающихся плоскостей. Пьезомодуль, диэлектрическая проницаемость и их стабильность зависят от выбора направления поляризации, направления действия силы F и съема заряда Q .
В настоящее время технология изготовления датчиков на пьезоэффекте сильно развивается.
3.2 Измерение крутящего момента