нійно
? P =? 1? t +? 2? t2,
де? 1,? 2 - коефіцієнти піроелектричного ефекту (? 1 <
? P =?? t,
де? t-скаляр,? P,? - вектори.
Піроелектричні кристали використовуються досить давно, але недостатньо широко.
Вони дуже перспективні для виробів мікросистемні техніки. p> Що на них можна робити?
Датчики температури з чутливістю аж до 10-90C.
Приймачі інфрачервоного випромінювання, датчики ударних хвиль, вимірювачі напруги, комірки пам'яті. Використовують їх і в перетворювачах теплової (не обов'язково сонячної) енергії в електричну. p> Деякі цифри. Платівка турмаліну, товщиною 1 мм, має? = 1,3 * 10-5 Кл/м2 * К. Реєструє зміну температури 10-50C. При нагріванні на 10 0C на ній утворюється заряд з поверхнево щільністю 5 * 10-5 Кл * м2, що відповідає різниці потенціалу між гранями ~ 1,2 кВ. У сегнетоелектриків піроелектричний коефіцієнт на 1-2 порядки більше, ніж у турмаліну. p> Деякі значення? при 20 0C.
Турмалін 1,3 * 10-5
Сульфат літію 3 * 10-4
Ніобат літію 2 * 10-3
танталат літію 1 * 10-4
Титанат барію (0,5-1) * 10-3
сегнетокераміки 5 * 10-5
(цирконат-титанат свинцю)
Спостереження і використання піроелектричного ефекту ускладнюється і обмежується ефектами провідності (витоками).
Крім того, кожен піроелектричний кристал є п'єзоелектриком. Зміна температури кристала, особливо неоднорідне, викликає деформацію, а слідом іде п'єзоелектрична поляризація, накладають на поляризацію, викликану піроефект. Тобто має місце первинний (істинний) піроефект і вторинний або помилковий піроефект. p align="justify"> Якщо помістити піроелектричний кристал в електричне поле і міняти його напруженість, то повинен спостерігатися зворотний піроелектричного електрокалоріческій ефект (10), тобто зміна температури піроелектріка, викликане зміною прикладеної до нього електричного поля. Його передбачили ще в 19 столітті Ліпман (1880) і Кельвін (1889), а незабаром виявили і експериментально. Але він дуже малий: для тієї ж пластинки турмаліну до 1 мм завтовшки, зміна на 1/300 В дає зміна температури порядку 10 -5 0 C . У сегнетодіелектріках чутливість значно вище: так, в кристалах КН 2 РВ 4 температура фазового переходу за рахунок сильних полів (у районі точки Кюрі) може змінюватися приблизно на 2 0 C.
5. Датчики прискорення, вібрації, удару, положення
датчик мікросенсор перетворювач термопара
Зазначалося, що вимірювання прискорень (акселерометри, гіроскопи і пр.) один із напрямків розвитку МСТ, яке йде дуже швидко.
В основі вимірів цих параметрів лежать фундаментальні закони механіки - зв'язок між прискоренням, силою і масою. Використовують фізичні явища, що дозволяють вивчити електричний сигнал, пов'язаний з цими законами. p align="justify"> Найчастіше безпосередньо вимірюють силу (п'єзоелектричні датчики) або побічно - з переміщення або деформації чутливого елемента, причому використовують ті ж ємнісні або тензорезистивні перетворювачі. p align="justify"> Таким чином, в основі вимірів зазвичай лежать загальні принципи, а датчики більше розрізняються за призначенням та умовами використання.
Зокрема, вирішують завдання:
1. Вимірювання прискорень рухомих об'єктів - літаків, ракет, наземних або морських засобів. Для вимірювання характерних для них малих прискорень і частот (від 0 до десятків Гц) зазвичай використовують стежать акселерометри і датчики переміщень.
2. Вимірювання вібраційного прискорення жорстких конструкцій - до десятків кГц.
. Вимірювання ударів - тобто імпульсивних прискорень. Тут потрібні широкосмугові датчики.
Принцип дії найпростіше проілюструвати на прикладі сейсмічного датчика (зрозуміло, не микросистемность). Він може бути (залежно від діапазону частот) датчиком переміщення, швидкості або прискорення, яким піддається корпус приладу (рис. 30). br/>В
Рис. 30. Схема механічної системи з одним ступенем свободи:
- корпус, 2 - демпфер, 3 - інертна маса; 4 - пристрій вимірювання переміщень; 5 - пружина.
Будь подібний датчик містить механічну масу М і елемент, що зв'язує її з корпусом (кристал пьезоелектрика, гнучка пластина (пружина) і пристрої перетворення параметрів руху в електричний сигнал. Виходить механі...
