Чудесные кристаллы - [19]
Этих недостатков не имеют пьезоэлектрические манометры, где чувствительным элементом является пьезокварцевая пластинка, на которую воздействует измеряемое давление. На пластинке возникают электрические заряды, величина которых пропорциональна давлению. Заряды с поверхностей пластинки снимаются и подаются на усилитель и далее на электроизмерительный прибор. Устройство пьезоэлектрического манометра для измерения давления пара в котле схематично изображено на рис. 48.
Нетрудно видеть, как выгодно отличается такой манометр от стеклянного манометра с жидкостью. Здесь может быть измерено малейшее изменение давления, поскольку самое ничтожное количество электрических зарядов может быть усилено.
При помощи пьезоэлектрического манометра измеряют давление и на расстоянии. Для этого манометр устанавливают на исследуемом объекте и при помощи проводов соединяют с усилителем, находящимся на месте наблюдения. В случае необходимости электрические сигналы с усилителя могут быть преобразованы в радиосигналы и переданы на значительные расстояния!.
Пьезоэлектрические манометры удобны в обращении, прочны и невелики по размерам.
Все эти свойства обусловили широкое применение пьезоэлектрических датчиков давления в науке и технике. При помощи таких датчиков на железнодорожном транспорте измеряют давление, которое оказывает на рельсы проходящий поезд. Разработаны и широко применяются пьезокварцевые датчики для исследования рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания, в паровых и газовых турбинах, атомных реакторах.
Применяются пьезоэлектрические манометры и в военном деле. При изучении полета артиллерийского снаряда необходимо знать его поведение внутри ствола орудия в момент выстрела. Для этого в ствол монтируется пьезоэлектрический датчик давления, показания которого раскрывают процесс выстрела (рис. 49).
Необходимы пьезоэлектрические манометры и для определения силы ударной волны при испытательных взрывах зарядов взрывчатых веществ. В этом случае пьезоэлектрические датчики устанавливают на различных расстояниях от центра взрыва. Величины давлений, измеренные датчиками, будут характеризовать силу ударной волны и ее изменение с увеличением расстояния.
Среди пьезоэлектрических датчиков можно найти и пьезоэлектрический акселерометр — прибор для измерения ускорений. Сила инерции зависит от массы тела. Если тело движется, то сила инерции зависит и от ускорения, т. е. прироста скорости за единицу времени. Чем больше масса и ускорение тела, тем больше сила инерции. Если каким-либо образом измерить силу инерции, то, зная массу тела, можно определить ускорение.
Этот принцип и положен в основу устройства пьезоэлектрического акселерометра (рис. 50), В камере акселерометра на пружинах подвешен груз. Одна из пружин прикрепляется к электроду пьезокварцевой пластинки. Движение корпуса вызывает смещение груза, а следовательно, и давление на кварцевую пластинку. Величина электрических зарядов, возникающих на пластинке, пропорциональна смещению груза, а следовательно, и ускорению.
Пьезоэлектрическими акселерометрами можно измерять не только ускорения, но и вибрацию. Знать, как вибрируют те или иные детали и приборы при движении самолета, ракеты, корабля, очень важно. Дело в том, что при определенных условиях вибрация может достигнуть значительного размаха, и в результате прибор или деталь выйдут из строя.
Чтобы измерить частоту и размах вибрации, на исследуемый прибор устанавливают акселерометр. Под влиянием вибрации груз периодически сдавливает и растягивает кварцевую пластинку. В цепи пластинки возбуждается переменный ток, величина и частота которого пропорциональны вибрации.
Колебания пластинки можно записать на ленту, используя самопишущее устройство, подобное тому, которое применяется в ультразвуковом эхолоте. Такой прибор называется акселерографом. При высокой частоте вибрации эти колебания можно просмотреть на экране электронно-лучевой трубки.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО В МЕДИЦИНЕ
Казалось бы, как далека медицина от радиоэлектроники! Но сейчас все больше и больше радиоэлектронных приборов поступает на службу делу укрепления и сохранения здоровья человека. Среди них почетное место занимают и пьезоэлектрические приборы.
Волноводный щуп — металлический стержень, колебания которого передаются пьезоэлектрическому приемнику, с успехом применяется в качестве хирургического зонда. Колебания, возникающие при исследовании глубокого ранения, прослушиваются при помощи телефонов и позволяют судить о характере ранения.
Разработаны различные хирургические инструменты, оборудованные чувствительными пьезоэлектрическими устройствами. Например, пьезоэлектрический нож по характеру звука, слышимого в телефонах, дает возможность хирургу судить о том, какую ткань организма он разрезает.
