79437 Obraz9 (5)

151

wielokrotnie większa od pojemności C_k, stosuje się przetworniki wielopłytkowe o równolegle połączonych elektrodach, w których wytworzony ładunek oraz pojemność Ck wzrastają proporcjonalnie do liczby n płytek materiału piezoelektrycznego:

n • Q n • k

U =

n-C

n-C_k+C_n

■P = k_cn-P

(10.3)

Rys. 10.5. Przekrój czujnika piezoelektrycznego z chłodzeniem wodnym [18]

Zwiększona w ten sposób wartość stałej k_c do k_cn wpływa na zwiększenie czułości przetwornika, gdyż małym wartościom zmiany ciśnienia odpowiada duży wzrost ładunku elektrycznego powstałego na zaciskach czujnika. Przekrój typowego czujnika piezoelektrycznego wielopłytkowego pokazany został na rys. 10.5.

Do typowych materiałów wykazujących właściwości piezoelektryczne należą: kwarc, tytanian baru, dwuwodorofosforan amonowy, sól Seignette'a (winian sodowo-potasowy) i turmalin, należące do grupy monokryształów' występujących w przyrodzie, lub sztucznie wytwarzany kwarc oraz piezoelektryczne materiały ceramiczne; w ostatnim okresie podjęto również badania nad zastosowaniem materiałów polimerowych.

Obecnie najbardziej rozpowszechnione jest stosowanie kwarcu, który wykazuje dużą wytrzymałość mechaniczną, stwarza możliwość znacznej miniaturyzacji czujników i małą zależność zjawiska piezoelektrycznego od temperatury, jeśli jest ona utrzymana w określonych granicach. Jego zastosowanie umożliwiło intensywny rozwój technik indykowania od około 1974 roku. Pewną niedogodnością w stosowaniu przetworników piezokwarcowych jest to, że nie nadają się one do pomiarów ciśnień wolnozmiennych ze względu na upływność ładunku wynikającą ze skończonej oporności układu pomiarowego.

Stos płytek kwarcu jest umieszczony w stalowej obudowie, której duża sztywność jest ważna ze względu na liniowość wskazań przetwornika. Na liniowość oraz czułość przetwornika ma również istotny wpływ konstrukcja i materiał membrany zamykającej przetwornik od strony komory spalania. Należy pamiętać, że czujnik od strony komory spalania jest poddany dynamicznym obciążeniom mechanicznym pochodzącym od ciśnienia spalania osiągającego wartości nawet ponad 200 bar, przy jednoczesnym znacznym obciążeniu cieplnym około 2400°C (strumień ciepła do 1000 W/mm², por. rys. 10.6). Powoduje to powstanie deformacji materiału głowicy i naprężenia około 200 N/mm². Na czujnik działają też drgania o przyśpieszeniach bliskich 200 g (uderzeniowo do 1000 g).