Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ... Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy 67a) Krystal křemene b) výbrus snímačeObrázek 0.5: Piezoelektrický snímačPodélný elektrický jev vzniká působením síly F x ve směru elektrické osy x. Vektorpolarizace P e je rovnoběžný s osou x a je úměrný působícímu mechanickému tlaku:P =Fxe= kppxkp( 0.3 )Sxkde p x je tlak na stěnu s plochou S x = bc působením síly F x , k p je piezoelektrická konstanta(též piezoelektrický modul). Velikost náboje na stěně kolmé k elektrické ose je podle definiceelektrické polarizace dána vztahem:Q = P S = k F( 0.4 )eexpxVelikost náboje na elektrodách není závislá na geometrických rozměrech krystalovéhovýbrusu.Příčný elektrický jev vzniká působením síly F y ve směru mechanické osy y. Vektorpolarizace působí rovněž rovnoběžně s osou x, ale má opačný směr. Pro jeho velikost můžemeopět napsat vztahFyPe= −kppy= −kp( 0.5 )SyPro velikost náboje platíFySx bQe= PeSx= −kp= −kpFy( 0.6 )S ayZ rovnice ( 0.6 ) je zřejmé, že velikost náboje na elektrodách je závislá nageometrických rozměrech. Výbrus s polepy představuje i kapacitor s kapacitou C. Provelikost napětí lze psát:
68 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v BrněQkFae p xU = = = kpFx= kuFx( 0.7 )C C ε 0εrSxkde k u je napěťová citlivost piezoelektrického senzoru.7.3.2 Náhradní elektrické schéma, materiály a využití piezoelektrických senzorůPři působení neelektrické veličiny se piezoelektrický senzor chová jako generátornáboje, jehož náhradní elektrické schéma viz. Obrázek 0.6.Obrázek 0.6:Náhradní elektrické schéma piezoelektrického senzoruPraktické náhradní schéma zapojení s piezoelektrickým senzorem zobrazuje Obrázek0.7. Kapacita C 0 je dána geometrickou kapacitou mezi polepy výbrusu, odpor R 0 je svodovýodpor výbrusu. Nebude-li uvažována vlastní sériová rezonance, bude při polarizaci výbrusunáhradní schéma obsahovat pouze C 0 a R 0 . Kmitočet deformační měřené veličiny (síly) musíbýt nižší než je vlastní kmitočet výbrusu. Piezoelektrické snímače se používají do kmitočtu10 5 Hz.Obrázek 0.7:Praktické náhradní elektrické schéma piezoelektrického senzoruV měřicí technice se používá pro výrobu piezoelektrických senzorů křemen (kysličníkkřemičitý SiO 2 ) a některá feroelektrika, např. titaničitan barnatý (BaTiO 3 ) a zirkoničitanolovnatý (PbZrO 3 ). Základní vlastnosti některých používaných materiálů ukazuje Tabulka0.8.V měřicích zapojeních s piezoelektrickými snímači se jako vyhodnocovacích obvodůpoužívá zesilovačů s tranzistory řízenými polem a nábojových zesilovačů. U některýchsnímačů je unipolární tranzistor jako impedanční oddělovač umístěn přímo v pouzdrusnímače. Stejnosměrné napájecí napětí se přivádí přímo měřicím kabelem.Tabulka 0.8:Základní vlastnosti některých piezoelektrických materiálůNázev seignettova sůl křemen titaničitan barnatýchemický vzorec Na Kc 4H 4O 6. 4H 2O SiO 2BaTiO 3
- Page 20 and 21: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 22 and 23: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 24 and 25: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 26 and 27: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 28 and 29: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 30 and 31: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 32 and 33: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 34 and 35: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 36 and 37: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 38 and 39: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 40 and 41: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 42 and 43: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 44 and 45: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 46 and 47: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 48 and 49: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 50 and 51: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 52 and 53: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 54 and 55: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 56 and 57: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 58 and 59: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 60 and 61: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 62 and 63: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 64 and 65: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 66 and 67: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 68 and 69: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 72 and 73: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 74 and 75: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 76 and 77: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 78 and 79: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 80 and 81: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 82 and 83: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 84 and 85: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 86 and 87: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 88 and 89: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 90 and 91: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 92 and 93: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 94 and 95: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 96 and 97: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 98 and 99: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 100 and 101: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 102 and 103: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 104 and 105: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 106: Mikrosenzory a mikromechanické sys
68 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v BrněQkFae p xU = = = kpFx= kuFx( 0.7 )C C ε 0εrSxkde k u je napěťová citlivost piezoelektrického senzoru.7.3.2 Náhradní elektrické schéma, materiály a využití piezoelektrických senzorůPři působení neelektrické veličiny se piezoelektrický senzor chová jako generátornáboje, jehož náhradní elektrické schéma viz. Obrázek 0.6.Obrázek 0.6:Náhradní elektrické schéma piezoelektrického senzoruPraktické náhradní schéma zapojení s piezoelektrickým senzorem zobrazuje Obrázek0.7. Kapacita C 0 je dána geometrickou kapacitou mezi polepy výbrusu, odpor R 0 je svodovýodpor výbrusu. Nebude-li uvažována vlastní sériová rezonance, bude při polarizaci výbrusunáhradní schéma obsahovat pouze C 0 a R 0 . Kmitočet deformační měřené veličiny (síly) musíbýt nižší než je vlastní kmitočet výbrusu. Piezoelektrické snímače se používají do kmitočtu10 5 Hz.Obrázek 0.7:Praktické náhradní elektrické schéma piezoelektrického senzoruV měřicí technice se používá pro výrobu piezoelektrických senzorů křemen (kysličníkkřemičitý SiO 2 ) a některá feroelektrika, např. titaničitan barnatý (BaTiO 3 ) a zirkoničitanolovnatý (PbZrO 3 ). Základní vlastnosti některých používaných materiálů ukazuje Tabulka0.8.V měřicích zapojeních s piezoelektrickými snímači se jako vyhodnocovacích obvodůpoužívá zesilovačů s tranzistory řízenými polem a nábojových zesilovačů. U některýchsnímačů je unipolární tranzistor jako impedanční oddělovač umístěn přímo v pouzdrusnímače. Stejnosměrné napájecí napětí se přivádí přímo měřicím kabelem.Tabulka 0.8:Základní vlastnosti některých piezoelektrických materiálůNázev seignettova sůl křemen titaničitan barnatýchemický vzorec Na Kc 4H 4O 6. 4H 2O SiO 2BaTiO 3
Change language