Применение пьезоэлектрических преобразователей

Пьезоэлектрические преобразователи применяются для из­мерения переменных сил, давлений, вибрационных ускорений.

Ранее (см. рис. 5.2) был представлен один из приборов, использую­щий пьезопреобразователь и предназначенный для измерения величины давления.

Другим примером применения пьезоэлементов служат профилометры — приборы для оценки шероховатости поверхности обрабатываемой детали (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Устройство профилометра (разработки завода «КАЛИБР»).

Ощупывающая алмазная игла 1, имеющая радиус закруг­ления 1,5 мкм, укреплена на конце подвижного коромысла 2, которое может вращаться вокруг оси 3. На другом конце ко­ромысла имеется «смычок» 4, связывающий при помощи эла­стичной ленточки 5 подвижное коромысло со свободным концом пластинок 6 из сегнетовой соли. Другой конец пластинок закреплен неподвижно. Пластинки соединены параллельно так, что на наружных гранях пластинок появляется заряд од­ного знака.

При перемещении иглы 1 в вертикальном направлении (из-за шероховатостей исследуемой поверхности) свободный ко­нец пластинок 6 также перемещается, пластинки изгибаются и на поверхностях пластин появляется заряд. Гибкий экрани­рованный кабель 7 соединяет грани пьезопреобразователя с измерительной цепью.

5.2. Гальванические преобразователи (рН — метры)

Принцип действия

Гальванические преобразователи применяются в основном для анализа состава водных растворов. Принцип действия их основан на зависимости э. д. с. гальванической цепи от кон­центрации ионов в электролите. Для анализа водных раство­ров используют зависимость активности водородных ионов от концентрации раствора.

Вода, обладающая наибольшей по сравнению с другими веществами ди­электрической проницаемостью , хорошо способствует диссоциации растворяемого вещества на ионы и сама несколько диссоциирует по схеме чем обусловлена вполне определенная, хотя и малая электро­проводность воды.

Так как распадение воды на ионы крайне незначительно, то концентрацию воды можно считать постоянной и равной единице. Произведение концентраций × = —вели­чина постоянная и равная 10^-11 при t = + 25^оС, как установ­лено многочисленными опытами.

Так как молекулы воды при ионизации образуют ионы во­дорода и гидроксила в равном количестве, то

Растворы, в которых число ионов и одинаково, называются нейтральными.

Если в воде растворить кислоту, то концентрация ионов в растворе станет больше, если же растворить щелочь, то наоборот, больше станет ионов .Таким образом, у кис­лых растворов >10^-7, а у щелочных, < 10^-7) и в за­висимости от этого можно охарактеризовать растворы как кис­лые, щелочные или нейтральные.

На практике концентрацию водородных ионов численно характеризуют отрицательным логарифмом концентрации — так называемым водородным показателем рН:

Приборы для измерения этого показателя получили назва­ние рН — метров.

Наиболее точным и универсальным методом измерения рН является электрометрический метод, суть которого заключает­ся в следующем.

Если в раствор какого-либо вещества внести электрод из этого же вещества, то на границе электрод—раствор возни­кает пограничный электрический потенциал (так называемый электродный потенциал), величина которого зависит от сте­пени концентрации раствора.

Гальванические преобразователи, являющиеся датчиками рН—метров, в качестве входной величины имеют значение концентрации водородных ионов, выраженное в единицах рН, а в качестве выходной величины—гальваническое напряже­ние, равное разности электродных потенциалов. Так как прак­тически потенциал одного электрода измерить невозможно, то гальванический преобразователь всегда состоит из двух полу­элементов: измерительного электрода, помещенного в раствор, и образцового полуэлемента.