5. Cảm biến rung và gia tốc
5.2. Gia tốc kế áp điện
5.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo chung của gia tốc kế áp điện gồm một khối lượng rung M và một phần tử áp điện đặt trên giá đỡ cứng, và toàn bộ được đặt trong một vỏ hộp kín.
Thông thường cần phải đo gia tốc theo hai hướng dọc theo trục nhạy cảm. Tuỳ thuộc vào bản chất lực tác dụng (nén, kéo hoặc cắt) trong bộ cảm biến phải có bộ phận cơ khí tạo ứng lực cơ học đặt trước lên phần tử áp điện để mở rộng dải đo gia tốc theo hai chiều.
Trên hình 7.13 trình bày sơ đồ cấu tạo của các gia tốc kế áp điện kiểu nén.
Hình 7.13 Sơđồ cấu tạo gia tốc kế áp điện kiểu nén1) Khối lượng rung 2) Phiến áp điện 3) Đai ốc 4) Đế 5) Vỏ hộp
Cảm biến loại này có tần số cộng hưởng cao, kết cấu chắc chắn, nhạy với ứng lực của đế.
Sơ đồ cấu tạo của gia tốc kế kiểu uốn cong trình bày trên hình 7.14.
Phần tử áp điện của cảm biến gồm hai phiến áp điện mỏng dán với nhau, một đầu gắn cố định lên vỏ hộp cảm biến, một đầu gắn với khối lượng rung. Cảm biến loại này cho độ nhạy rất cao nhưng tần số và gia tốc rung đo được bị hạn chế.
Hình 7.14 Sơđồ cấu tạo gia tốckế áp điện kiểu uốn cong 1) Khối lượng rung 2) Phiến áp điện 3) Vỏ hộp
5.2.2. Đặc trưng của cảm biến
Độ nhạy được biểu diễn bởi biểu thức: Trong đó:
a - gia tốc của cảm biến.
Q - điện tích được tạo ra khi cảm biến rung với gia tốc a. S1 - độ nhạy cơ của hệ thống khối lượng rung.
S2 - độ nhạy điện của cảm biến.
Giá trị của S1 và S2 xác định như sau:
Trong đó:
d - hằng số điện môi.
c - độ cứng của phần tử nhạy cảm.
5.3. Gia tốc kế áp trở
Cấu tạo chung của một gia tốc kế áp trở gồm một tấm mỏng đàn hồi một đầu gắn với giá đỡ, một đầu gắn với khối lượng rung, trên đó có gắn từ 2 đến 4 áp trở mắc trong một mạch cầu Wheatstone. Dưới tác dụng của gia tốc, tấm đàn hồi bị uốn cong, gây nên biến dạng trong đầu đo một cách trực tiếp hoặc gián tiếpqua bộ khuếch đại cơ.
Hình 7.15 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến gia tốc áp trở 1) Khối rung 2) Tấm đàn hồi 3) áp trở 4) Đế + Độ nhạy của cảm biến được biểu diễn bằng biểu thức:
+ Độ nhạy điện của cầu Wheatstone S1: vì 4 đầu đo đều có cùng một biến dạng å nên điện áp ra Vm của đầu đo bằng:
Suy ra: Trong đó:
es - điện áp nuôi cầu (10 - 15 V). K - hệsốđầuđo áp trở.
R - điện trởmột đầu đo.
+ Độ nhạycơ S1 của hệthống cơ khí xác định theo biểuthức:
Giá trị của A và ω0 phụ thuộc vào kết cấu của hệ chịu uốn, ví dụ với cảm biến cho ở hình 7.15:
Mục tiêu:
- - -
1. Áp suất và nguyên lý đo áp suất1.1. Áp suất và đơn vị đo