Czujniki piezoelektryczne wykorzystują zjawisko piezoelektryczne dla przetworzenia zmian kształtu lub sił na nie działających na napięcie elektryczne. Znajdują one zastosowanie w układach zmiany i pomiaru sił, ciśnienia, prędkości i drgań. Zasada działania przetworników piezoelektrycznych wykorzystuje odkryte przez Piotra Curie właściwości kryształów. Zaobserwował on, że ładunek elektryczny usytuowany jest na ściankach kryształu przy deformacji, natomiast zmiana odkształcenia kryształu powoduje zmianę znaku ładunku na przeciwny. Drugim zjawiskiem wykorzystywanym w czujnikach piezoelektrycznych jest tzw. „zjawisko odwrotne”. Oznacza to, że kiedy przyłożymy napięcie do kryształu nastąpi odkształcenie – zmiana wymiaru. Ze względu na swoje naturalne właściwości i stałość parametrów podczas budowy czujników najczęściej wykorzystuje się płytki z kryształów kwarcu.
Do czego wykorzystuje się czujniki piezoelektryczne
Czujniki, które wykorzystują efekt piezoelektryczny są używane do detekcji i pomiarów wielkości fizycznych – odległość, ciśnienia, ruch, temperatury. Funkcje te działają na zasadzie konwersji. W elementach piezoelektrycznych, które zresztą w ogromnej większości są używane jako czujniki, dokonuje się konwersji nacisku mechanicznego na napięcie. Pasmo częstotliwości działania tych czujników jest bardzo szerokie, a liniowość konwersji zachowana jest w obszernym zakresie. Czujniki piezoelektryczne rezystywne są wykonywane w bardzo różnych wymiarach i wykonywane z różnego typu materiałów – metalowych rezystorów cienkowarstwowych, monokryształów krzemu i innych.
W jakich warunkach pracują czujniki
Aby czujniki w danej aplikacji działały poprawnie, należy po pierwsze wybrać elementy o odpowiedniej budowie. By tego dokonać, należy ocenić warunki pracy sensora – czy będzie on wystawiany na działanie cieczy, czy też gazów. Trzeba zorientować się, czy powinien być odporny na korozję, lub czy istnieje niebezpieczeństwo zapchania go kleistą cieczą. Kiedy odpowiemy sobie na te pytania można zadecydować czy użyć czujnika przesłoniętego membraną, czy też z otwartym portem. Problem korozji rozwiązywany jest natomiast przez zastosowanie hermetycznego czujnika ze stali nierdzewnej. Innymi słowy, czujniki mogą pracować w wielu różnych środowiskach, konieczne jest tylko odpowiednie ich dopasowanie.