Пьезоэлектрический датчик: принцип работы, виды и применение в промышленности

Пьезоэлектрические датчики — это высокоточные устройства, без которых сложно представить современную автоматизацию, машиностроение и измерительную технику. В этой статье мы подробно разберем принцип работы этих датчиков, сферы их применения и ключевые критерии выбора.

Что такое пьезоэлектрический датчик?

Пьезоэлектрический датчик — это устройство, использующее одноименный эффект для измерения физических величин: давления, ускорения, температуры, деформации или силы с последующим преобразованием их в электрический сигнал. Приставка «пьезо» имеет греческое происхождение и означает «сжимать», что точно отражает суть его работы.

Принцип работы и основа пьезоэффекта

Способность определенных материалов генерировать электрический заряд в ответ на приложенное механическое напряжение называется пьезоэлектрическим эффектом. Величина этого заряда прямо пропорциональна приложенной силе. Это и есть ключевой принцип работы такого датчика. Обратный пьезоэффект, когда материал деформируется под действием электрического поля, также находит применение, но в основном в исполнительных устройствах (актуаторах).

Основные материалы: пьезокерамика и кварц

Для производства современных пьезоэлектрических датчиков используются два основных типа материалов:

• Пьезокерамика (например, PZT — цирконат-титанат свинца): Самый распространенный тип. Обладает высоким коэффициентом электромеханической связи, стабильностью и возможностью настройки свойств под конкретные задачи. Широко используется в датчиках давления и акселерометрах.
• Монокристаллические материалы (кварц): Природный или синтетический кристалл, отличающийся исключительной стабильностью и минимальным гистерезисом. Часто применяется в высокоточных измерительных приборах.

Рис. 1 — Строение пьезоэлектрического датчика.

Виды пьезодатчиков и их применение

Пьезоэлектрические датчики нашли применение в десятках отраслей благодаря своей надежности и точности.

Пьезоэлектрический датчик давления

Используется для измерения быстроменяющегося давления в двигателях внутреннего сгорания, гидравлических системах и при исследованиях процессов сгорания.

Пьезоэлектрический акселерометр

Измеряет вибрацию и ускорение. Незаменим при мониторинге состояния станков, турбин и в испытаниях транспортных средств.

Датчик силы

Применяется для точного измерения статических и динамических сил в процессе производства, сборки и контроля качества.

Преимущества и недостатки

Плюсы:

• Высокая жесткость и широкий частотный диапазон.
• Отличная линейность и малые размеры.
• Способность работать в экстремальных условиях.

Минусы:

• Не подходят для измерения статических постоянных величин (заряд со временем рассеивается).
• Чувствительность к температурным перепадам (часто требует термокомпенсации).

Как выбрать и где купить пьезоэлектрический датчик?

При выборе датчика ключевыми параметрами являются: диапазон измерений, чувствительность, рабочая температура и тип выходного сигнала. Важно сотрудничать с проверенными производителями, которые предоставляют полную техническую документацию и гарантию.

Производство и поставки от компании He-Shuai

Наше предложение — это не просто возможность купить пьезоэлектрический датчик, а получить комплексное решение. Мы производим датчики как из высококачественной пьезокерамики PZT, так и на основе кварца, строго контролируя каждый этап производства. Наши инженеры готовы помочь с подбором оборудования под ваши задачи.

Получите бесплатную техническую консультацию и подбор датчика для вашего проекта. Отправьте запрос на расчет стоимости через форму на сайте.

Пьезоэлектрические датчики являются краеугольным камнем современной измерительной техники. Понимание их принципа работы, сильных и слабых сторон позволяет сделать обоснованный выбор и внедрить наиболее эффективное и надежное решение на производстве.