Cristal de quartz piézoélectrique
Un cristal de quartz est un matériau piézoélectrique pouvant générer une tension proportionnelle à la contrainte qui lui est appliquée. Pour l'application, un cristal de quartz naturel doit être découpé sous la forme d'une plaque mince de forme rectangulaire ou ovale d'épaisseur uniforme. Chaque cristal comporte trois ensembles d'axes: axes optiques, trois axes électriques OX1, OX2 et OX3 à 120 degrés l'un avec l'autre et trois axes mécaniques OY1, OY2 et OY3 également à 120 degrés l'un avec l'autre. Les axes mécaniques seront perpendiculaires aux axes électriques. Certains des paramètres qui déterminent la nature du cristal pour l'application sont
· Angle auquel la plaquette est découpée dans un cristal de quartz naturel
· Epaisseur de la plaque
· Dimension de la plaque
· Moyens de montage
Effet piézoélectrique
L'axe XY d'un cristal piézoélectrique et sa technique de coupe sont illustrés dans la figure ci-dessous.
Axes XY d'un cristal piézoélectrique
La direction, perpendiculaire à la plus grande face, correspond à l’axe de coupe mentionné.
Si une contrainte électrique est appliquée dans les directions d'un axe électrique (axe X), une contrainte mécanique est produite dans la direction de l'axe Y, qui est perpendiculaire à l'axe X correspondant. De même, si une contrainte mécanique est donnée le long de l'axe des ordonnées, des charges électriques se formeront sur les faces du cristal, perpendiculairement à l'axe des abscisses, perpendiculairement à l'axe des ordonnées.
Certains des matériaux qui héritent de l'effet piézo-électrique sont le cristal de quartz, le sel de Rochelle, le titanate de baryum, etc. Les principaux avantages de ces cristaux sont qu’ils ont une grande capacité d’état mécanique et thermique, une grande résistance à la déformation, de faibles fuites et une bonne réponse en fréquence, etc.
Un transducteur piézoélectrique peut être utilisé dans l’un des modes décrits dans la figure ci-dessous.
Cristal piézoélectrique
Transducteur piézoélectrique
Le principe de base d'un transducteur piézoélectrique est qu'une force, lorsqu'elle est appliquée sur le cristal de quartz, produit des charges électriques sur la surface du cristal. La charge ainsi produite peut être appelée piézoélectricité. L'électricité piézoélectrique peut être définie comme la polarisation électrique produite par une contrainte mécanique sur certaines classes de cristaux. Le taux de charge produit sera proportionnel au taux de variation de la force appliquée en entrée. La charge produite étant très faible, un amplificateur de charge est nécessaire pour produire une tension de sortie suffisamment importante pour pouvoir être mesurée. Le dispositif est également connu pour sa rigidité mécanique. Par exemple, si une force de 15 kiloN est appliquée au transducteur, celle-ci ne peut dévier que de 0,002 mm maximum. Mais la réponse en sortie peut atteindre 100 kiloHz. Cela prouve que le périphérique est le mieux adapté à la mesure dynamique.
La figure montre un transducteur piézoélectrique classique avec un cristal piézoélectrique inséré entre une base solide et l'élément de sommation de force. Si une force est appliquée sur le port de pression, la même force s’exercera sur l’élément de sommation de la force. Ainsi, une différence de potentiel sera générée sur le cristal en raison de sa propriété. La tension produite sera proportionnelle à la magnitude de la force appliquée.
Transducteur piézoélectrique
Le transducteur piézoélectrique peut mesurer la pression de la même manière un Obliger ou un l'accélération peut être mesurée. Pour les mesures à basse pression, la vibration éventuelle de la quantité doit être compensée. La pile de disques de quartz de mesure de la pression fait face à la pression à travers un diaphragme et de l'autre côté de cet empilement, la masse compensatrice suivie d'un quartz compensateur.
Applications
1. En raison de son excellente réponse en fréquence, il est normalement utilisé comme accéléromètre, dans lequel la sortie est de l’ordre de (1-30) mV par gravité d’accélération.
2. Le dispositif est généralement conçu pour être utilisé comme un boulon de précontrainte, de sorte que des mesures de force de traction et de compression puissent être effectuées.
3. Peut être utilisé pour mesurer la force, la pression et le déplacement en termes de tension.
Avantages
1. Réponse à très haute fréquence.
2. Autoproduction, donc pas besoin de source externe.
3. Simple à utiliser car ils ont de petites dimensions et une large plage de mesure.
4. Le titanate de baryum et le quartz peuvent être fabriqués dans n'importe quelle forme et forme. Il a également une grande constante diélectrique. L'axe des cristaux est sélectionnable en orientant la direction de l'orientation.
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