Устройства с пьезоподжигом относится к широкому классу устройств, называемых пьезокерамическими генераторами. Они преобразуют механическое воздействие в электрический потенциал, используя прямой пьезоэлектрический эффект.

Прямой пьезоэлектрический эффект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля. Прямой пьезоэлектрический эффект был открыт в 1880 году Джексом и Пьером Кюри. Они заметили, что в некоторых кристаллах при механическом воздействии на них появляется электрическая поляризация, причем степень ее пропорциональна величине воздействия. Позже Кюри открыл обратный пьезоэлектрический эффект — деформирование материалов, помещенных в электрическое поле.

Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках. Пьезоэффект нельзя путать с электрострикцией. В отличие от электрострикции прямой пьезоэффект наблюдается только в кристаллах без центра симметрии (из 32 точечных групп кристаллов таких 21). Пьезоэлектрический эффект присущ некоторым природным кристаллам, таким как кварц и турмалин, которые в течение многих лет использовались в качестве электромеханических преобразователей. Кристаллическая решетка кристаллов, обладающих пьезоэлектрическим эффектом, не имеет центра симметрии. Воздействие (сжимающее или растягивающее), приложенное к такому кристаллу, приводит к поляризации после разделения положительных и отрицательных зарядов, имеющихся в каждой отдельной элементарной частице. Эффект практически линейный, то есть степень поляризации прямо пропорциональна величине прилагаемого усилия, но направление поляризации зависимо, так как усилие сжатия или растяжения генерируют электрические поля, а следовательно, и напряжение, противоположной полярности. Соответственно, при помещении кристалла в электрическое поле упругая деформация вызовет увеличение или уменьшение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.

 

В некотором смысле устройство с пьезоподжигом - пьезозажигалка - это наукоемкое изделие, детище высоких технологий второй половины ХХ века. Принцип действия ее механизма основан на прямом пьзоэлектрическом эффекте, а само изделие является своего рода мини-электростанцией. Данное устройство позволяет преобразовать усилие нажатия пальца на клавишу силой всего 20-30 Н напрямую в высокое напряжение 10-20 кВ. При этом срок службы элементов пьезомеханизма не менее 12лет.

Устройства с пьезоподжигом широко используются в искровых воспламенителях нажимного и ударного типов. К этому классу относится различный туристический инвентарь – газовые лампы, горелки, примусы и т.п., а также бытовые зажигалки, устройства розжига кухонных плит и т.п.

Одним из применений пьезоподжига является устройство под названием "Пьезоэлектрический искровой пробник" (рис.1), представляющее собой прибор для проверки автомобильных свечей зажигания.

 

 

Принцип действия ее механизма основан на прямом пьзоэлектрическом эффекте, а само изделие является своего рода мини-электростанцией. В самом деле, пьезозажигалка позволяет преобразовать нажатие пальца на клавишу силой всего 20-30 Н в высокое напряжение 10-20 кВ.

Основой ее является механизм возбуждения так называемого пьезогенератора, в котором осуществляется механическое сжатие пары цилиндрических пьезоэлементов, установленных друг за другом в изолирующей обойме с твердыми пробками на торцах. Типичный механизм (рис. 1,2) представляет собой жесткий каркас в виде рамы, в котором зафиксирован шарнирно приводной элемент сжатия - металлический цилиндрик с диаметрально противоположными лысками на боковой поверхности, являющийся осью неравноплечевого поворотного рычага, и примкнут к одному из торцов пьезогенератора. Другим торцом пьезогенератор упирается в регулируемый упор в виде винта, выходящего из резьбового отверстия в каркасе. Поворот рычага на некоторый угол приводит к сжатию пьезоэлементов по продольной оси между приводным элементом и регулируемым упором. В момент сжатия имеет место возбуждение высокого электрического напряжения (до 15-20 кВ) - вследствие прямого пьезоэффекта. Нагрузкой пьезогенератора является искровой промежуток, оформленный как запальное устройство зажигалки.