Конструирование и применение датчиков
Рис. 4 Схема связей между параметрами диэлектрика
Жирными стрелками показаны связи Е®D, s®c, T®Э, а тонкими стрелками изображены физические эффекты, свойственные сегнетоэлектрикам:
прямой пьезоэлектрический эффект s®D (или q), проявляющийся в изменении поляризации кристалла действием механических напряжений;
обратный пьезоэлектрический эффект Е (или U)®c, характеризующийся деформацией кристалла под днем электрического поля;
пироэлектрический эффект T®D (или q), сводящийся к изменению заряда на поверхности кристалла при изменении температуры;
пьезокалорический эффект s®Э, проявляющийся в изменении энтропии при изменении механических напряжений.
Помимо указанных эффектов при изменении Е, s, Т в кристаллах возникают побочные явления, например, изменяются диэлектрическая проницаемость, проводимость, оптические свойства
Из указанных эффектов рассмотрим прямой и обратный пьезоэффекты, а также эффект изменения емкостной проводимости при изменении напряжения U. Преобразователи, в которых используются прямой или обратный пьезоэффекты, называются пьезоэлектрическими преобразователями.
Использование эффекта изменения емкостной проводимости в кристаллических полупроводниках обусловлено нелинейной зависимостью заряда q от приложенного напряжения U. Если зависимость q (U) линейна, то в выражении Dq=(¶q/¶U) величина C=¶q/¶U постоянна и представляет собой емкость. В случае нелинейной зависимости q (U) величина C=¶q/¶U также является емкостью, но не постоянной, а зависящей от напряжения U,
Емкостные датчики можно разделить на две основные группы — датчики параметрические (недифференциальные) и датчики дифференциальные.
В схемах с параметрическими датчиками происходит преобразование входной неэлектрической величины (угла поворота оси ротора датчика) в электрическую выходную величину (частоту, ток, напряжение), функционально зависящую от входной величины.
В схемах с дифференциальными датчиками, включенными в следящие системы, с датчика снимается лишь сигнал рассогласования, который становится равным нулю в установившемся состоянии следящей системы.
Примером параметрического емкостного датчика может служить переменная емкость, включенная в контур лампового генератора (рис. 5). Здесь при изменении угла поворота оси ротора изменяется емкость датчика и меняется частота генератора, являющаяся выходной величиной.