Pomiar drgań za pomocą czujników piezoelektrycznych

Długotrwała ekspozycja na drgania o określonej częstotliwości nie sprzyja ani zdrowiu ludzkiemu, ani sprawności maszyn. Dlatego przeprowadza się pomiary drgań, aby na podstawie zebranych informacji określić maksymalny czas pracy i zminimalizować oddziaływanie wibracji. Badania takie przeprowadza się przy użyciu czujników piezoelektrycznych. Jak działają?

Piezoelektryczność i jej zastosowania

Zjawisko piezoelektryczne polega na tym, że na powierzchni kryształu pojawia się ładunek elektryczny wywołany naprężeniami mechanicznymi. Zachodzi także zjawisko odwrotne – materiał o właściwościach piezoelektrycznych zmienia wymiary, gdy przyłożone do niego zostanie pole elektryczne.  Oba te zjawiska znajdują wiele zastosowań w przemyśle, nauce i technice. O to, jakie substancje są piezoelektrykami, zapytaliśmy eksperta z EC Test Systems.

Najczęściej są to kryształy, np. kwarc. Ważne, aby elementarne komórki substancji nie miały środka symetrii. Właściwości piezoelektryczne mogą jednak przejawiać także niektóre rodzaje ceramiki oraz elementy naszego ciała, w tym cząsteczki budujące nasze DNA czy kości.

Bazując na tym, że czynniki mechaniczne wywołują pojawienie się prądu, można stworzyć m.in. urządzenia pomiarowe, które wykażą siłę tych czynników mechanicznych. Do takich zaliczają się drgania. Ich pomiar jest możliwy dzięki czujnikom piezoelektrycznym.

Charakterystyka i zastosowania piezoelektrycznych czujników drgań

Piezoelektryczne czujniki drgań są konieczne wszędzie tam, gdzie wibracje mogłyby być szkodliwe dla ludzi i otoczenia. Stosuje się je zatem: w fabrykach, drgania są wywoływane przez pracę maszyn, w budownictwie, gdzie odporność na wibracje jest jednym z elementów bezpieczeństwa i stabilności konstrukcji, w przemyśle wydobywczym, gdzie ruch powodowany przez maszyny nie może naruszyć struktury geodezyjnej. Pomiary drgań w wielu gałęziach przemysłu są kluczowe dla zdrowia i życia pracowników oraz zachowania środowiska w jak najmniej zmienionym stanie.

Czujniki drgań pracują w trudnych warunkach. Muszą być odporne na: zawilgocenie, zapylenie, wysokie lub niskie temperatury i wiele innych. Dlatego są wyposażone w hermetyczną obudowę i przewody pokryte osłonkami z teflonu lub poliuretanu. Tylko pełna szczelność zapewnia wiarygodność wyników.

W zależności od potrzeb używa się jednego z kilku rodzajów czujników piezoelektrycznych. Dzieli się je na:

  • ogólnego przeznaczenia
  • precyzyjne,
  • do pomiarów wysokich częstotliwości,
  • do pomiarów niskich częstotliwości,
  • do pomiarów drgań w wielu osiach
  • z wyjściem prądowym 4–20 mA.