Пьезоэлектрические и фотоэлектрические датчики

Пьезоэлектрические и
фотоэлектрические датчики
Презентацию подготовила:
преподаватель спец. дисциплин
Белгородского индустриального
колледжа Щербакова Н.В.
Пьезоэлектрические датчики
Они применяются для получения
электрических зарядов, образующихся на
поверхности некоторых кристаллов при их
сжатии. Эти датчики чаще всего
изготовляют из кварца. Такой датчик
представляет собой кварцевую пластину, на
одной из сторон которой напылены (или
приклеены токопроводящим клеем)
электроды, к которым припаиваются
вывода
Схема (а) и график работы
(б) пьезоэлектрического
датчика
Принцип действия
При сжатии кварцевой пластины силой Р на ее противоположных поверхностях, а
следовательно, и на электродах в силу прямого пьезоэлектрического эффекта
возникают электрические заряды. Величина заряда пропорциональна
сжимающей силе Р, т. е. Q = dP, где d — коэффициент пропорциональности,
называемый пьезомодулем.
При изменяющейся силе Р появляется выходное напряжение
U вых
Q
d


.
C Д  СМ С Д  СМ
где Сд — емкость датчика (конденсатора, образованного электродами и
кварцевым диэлектриком); См — емкость монтажа.
Из этой формулы видно, что, зная выходное напряжение, можно определить
силу Р. Если Р постоянна, то Uвых = 0.
• Назначение
• Они используются для измерения сил, давления,
вибрации и для других измерений, в которых
прямо или косвенно проявляются силовые
воздействия. Выходное напряжение
пьезоэлектрических датчиков составляет от
единиц милливольт до единиц вольт. Для
усиления выходного напряжения
пьезоэлектрического датчика необходимо
применять усилитель с очень большим входным
сопротивлением. Пьезоэлектрические датчики
безынерционны.
Фотоэлектрические датчики,
фотоэлектрические реле.
• К фотоэлектрическим датчикам генераторного типа
относятся фотоэлементы с внешним фотоэффектом,
которые в отличие от фотоэлементов с внутренним
фотоэффектом (фотосопротивлений) под действием света
выделяют свободные электроны. Этим создается разность
потенциалов, возникает электрический ток, т. е.
происходит непосредственное преобразование света в
электрическую величину без модуляции энергии от
постороннего источника. Конструктивно фотоэлементы
генераторного типа бывают двух исполнений —
вакуумные и полупроводниковые.
• Достоинства и недостатки
• Вакуумные фотоэлементы вырабатывают сигнал (электрический
ток) небольшой величины, и он не может непосредственно
воздействовать на исполнительный механизм. В этом случае
совместно с вакуумным фотоэлементом применяют электронный
усилитель.
• Полупроводниковые фотоэлементы (фотодиод, фототранзистор)
вырабатывают сигнал, величина которого в ряде случаев
достаточна для непосредственного воздействия на
измерительный прибор.
• В настоящее время более широкое применение получили
полупроводниковые фотоэлементы, так как помимо большего по
величине вырабатываемого сигнала они имеют сравнительно с
вакуумными меньшие габаритные размеры, больший срок
службы, возможность эксплуатации в местах, подверженных
вибрации и ударам. Недостатком полупроводникового
фотоэлемента является зависимость его характеристик от
температуры окружающей среды (в вакуумных фотоэлементах
эта зависимость отсутствует).
• Принципиальная схема варианта фотодатчика,
имеющего релейную характеристику, представлена
на рисунке 5. Если фотодиод Д не освещен, его
внутреннее сопротивление велико, транзистор Т1
закрыт и реле Р1 выключено. При освещении
фотодиода внутреннее сопротивление его резко
уменьшается и возникает ток в цепи: + Ек —
эмиттер — база транзистора — фотодиод Д1 —Ек.
Транзистор открывается, реле Р1 включается. При
повторном затемнении фотодиода его внутреннее
сопротивление опять резко увеличивается и реле Р1
выключается. Диод Д2 предохраняет транзистор Т1
от пробоя.
Применение
• Фотоэлектрические датчики генераторного типа нашли
широкое применение в системах автоматического контроля:
для измерения силы света различных источников,
освещенности, и т. д. Путем фотоэлектрического измерения
радиации, яркости или цвета накаленного тела можно судить
о его температуре. В данном случае имеется
последовательное преобразование температуры в лучистую
энергию и лучистой энергии в электрическую. Такие
фотоэлектрические датчики называются также оптическими
пирометрами. Фактически здесь сосредоточены два датчика:
оптический и электрический. Оптический датчик относится к
датчикам генераторного типа, так как преобразование
теплоты в лучеиспускание происходит непосредственно, без
вспомогательного источника энергии.
• фотоэлектрическое реле
• Фотоэлектрические датчики, имеющие на выходе
электрический ток, легко превращаются в
фотоэлектрическое реле путем включения в цепь
этого тока электрического реле. В качестве реле
используются электромагнитные или бесконтактные.
Особенно удобны для этой цели тиратроны,
выполняющие одновременно функции усилителей и
реле. Фотоэлектрические реле получили также
широкое применение в различных схемах автоматики
— в сигнализации, браковке, сортировке, счете,
защите и т. д.
•
Спасибо за внимание