Работа пьезоэлектрического датчика основана на прямом пьезоэлектрическом эффекте, а именно на преобразовании механической энергии в электрическую. Пьезоэлектрический эффект возникает из-за связи между электрическими и механическими свойствами материала, обычно – кристаллического.

Когда к пьезоэлектрику прикладывается механическое напряжение, он поляризуется в указанном направлении, и между его гранями появляется электрическая разность потенциалов. Величина механического напряжения, приложенного к кристаллу, прямо связана с величиной его деформации, а, следовательно, и с разностью потенциалов между его гранями. Это позволяет по измеренной величине напряжения узнать величину действующей на пьезокристалл силы.

Сложность, однако, заключается в том, что как источник напряжения пьезокристалл сродни скорее заряженной емкости, чем батарейке. Если пьезоэлектрик деформировать, и оставить его в этом состоянии, то напряжение между обкладками уменьшится из-за оседания на них ионов воздуха и тока, протекшего через систему регистрации. Таким образом, при неизменной деформации пьезоэлектрика напряжение между обкладками будет уменьшаться, пока не достигнет нуля. Поэтому пьезодатчик удобен в использовании только при измерении относительно быстрых деформаций.

К достоинствам пьезоэлектрического датчика надо отнести его дешевизну, простоту как в изготовлении, так и в использовании (для измерений необходим только пьезодатчик и вольтметр, нет необходимости в дополнительных источниках энергии). Еще одним достоинством пьезоэлектрического датчика является то, что измерение воздействий на него со всех сторон может производиться одновременно и в одной точке. Это дает возможность делать гораздо более точные и надежные трех-координатные датчики виброускорений и т.п.

В ряде случаев, необходимо учитывать влияние в таких датчиках обратного пьезо-эффекта. Если к пьезо-датчику прикладывается электрический потенциал, то поляризация пьезоэлектрика во внешнем электрическом поле порождает изменение его размеров и механическое воздействие на окружение. Таки образом, подача электрического напряжения на пьезо-датчик приводит к его расширению либо сжатию, т.е. датчик превращается в простейший вариант двигателя.
 

Пьезоэлектрические датчики используются в научных исследованиях и в тех устройствах, где необходимы высокая точность, надежность и малые размеры. Так, они используются в акселерометрах, в акустических и вибрационных измерениях и пр.

Пьезоэлектрические датчики целесообразно применять при измерении быстроменяющегося давления; если давление меняется медленно, то возрастает погрешность преобразования из-за «стекания» электрического заряда с пластин на корпус. Включением дополнительного конденсатора параллельно пьезоэлектрическому датчику можно уменьшить погрешность измерения, однако при этом уменьшается напряжение на выводах датчика. Основные достоинства пьезоэлектрических датчиков — их высокие динамические характеристики и способность воспринимать колебания давления с частотой от десятков гц до десятков Мгц. Применяются при тензометрических измерениях, в весовых и сортировочных (по весу) устройствах, при измерениях вибраций и деформаций и т.д.

Датчики давления пьезоэлектрические типа 014МТ, 018 и 019 предназначены для преобразования быстропеременного и импульсного давления в электрический сигнал и ис-пользуются в первичных преобразователях скорости потока вихревых счетчиков воды, тепла, газа, пара и других однородных сред.

Датчики попарно монтируются в элементы трубопровода с условным проходом от 25 до 200 мм за телом обтекания и регистрируют вихри, частота и количество которых пропор-ционально скорости потока и объемному расходу.

Конструкция датчика состоит из пьезокерамического датчика и предусилителя, заключенных в металлическом герметичном корпусе (рис.1).

Датчик применяется для формирования электрического сигнала, пропорционального ускорению, возникающему при вибрациях.

Областями применения датчиков ускорения являются

-сейсмометрия,

-охранные системы(идентификация наличия акустического возмущения и координирования источника возмущения - охрана сухопутной границы),

- медицина (контроль источника акустического возмущения),

- строительство и эксплуатация транспортных магистралей, зданий, плотин, виадуков и др. (контроль изменения)