163 электростатических единиц (ССБЕ). Из приведенной формулы следует, что величина заряда Qx пропорциональна силе /"*,.
Если при действующем давлении Рх весь заряд с граней & снять, а затем давление Рх изменить до Р\, то на этих гранях вновь появится заряд ()'х, равный
а(х = К(Рх1-Рх)Зх . (3.25)
При действии силы ^ вдоль механической оси заряды появляются также на гранях 5». При этом знаки зарядов обратаы тем, которые появляются при действии силы /"*,, имеющей тот же знак, что и сила Таким образом, растяжение кварца в направлении одной оси равнозначно сжатию его в направлении другой оси. Установлено, что величина заряда 0У, появляющаяся на гранях 5Х в результате действия силы Г„ равна:
6,=-*(3.26)
Данное уравнение показывает, что увеличение заряда 0У при одной и той же силе может быть достигнуто путем увеличения размера ау или уменьшения размера ах.
Действие силы ^ в направлении оптической оси не вызывает появления заряда.
Пьезоэлектрический эффект называется продольным, если заряд на гранях 5, возникает вследствие действия сил Рх, и поперечным, когда заряды на тех же гранях появляются под действием сил Рг
Пьезокварцевые манометры, позволяющие измерять давление до 100 МПа и выше, широко применяются при измерении быстропеременных давлений. При этом, чем быстрее протекает исследуемый процесс, тем достовернее данные измерения. Практически пьезоэлектрический эффект можно считать безынерционным и достаточно стабильным.
Устройство датчика пьезокварцевого манометра с продольным пьезоэффектом схематично показано на рис. 3.26.

В корпусе датчика расположены две кварцевые пластины 1, которые обращены друг к другу сторонами одинаковой полярности. Эти стороны кварцевых пластин прилегают к металлической контактной пластине 2. Вторые стороны кварцевых пластин прилегают к металлическим опорам 3 и через них электрически замыкаются на корпус датчика. Металлические опоры вместе со столбиком из кварца зажимаются между металлической мембраной 4 и гайкой 5. Шарик, пребывающий между гайкой 5 и верхней опорой, способствует равномерному распределению давления на поверхности кварца. Нижняя гайка 6 с каналом служит для соединения датчика с объектом измерения. При измерении давления положительный заряд, появляющийся на гранях кварцевых пластин, отводится на корпус, а отрицательный заряд с граней пластин снимается контактной пластиной 2 и с помощью провода 7 подается на измерительное устройство. Диэлектрическая втулка, установленная в канале 5, изолирует провод от корпуса датчика.
Чувствительность датчика обычно повышают путем увеличения активной площади мембраны, применения большего числа последовательно включенных кварцевых пластин или же применением удлиненной кварцевой пластины, работающей с использованием поперечного пьезоэффекта.
Основные трудности измерения давления при помощи пьезодатчиков вызываются тем, что величины зарядов очень малы, поэтому для их измерения пригодны только такие способы, при которых не происходит утечки заряда.
Манометры сопротивления. Принцип действия манометров сопротивления основан на изменении электрического сопротивления первичных преобразователей при действии на них внешнего давления. Среди этих манометров можно выделить две группы приборов - приборы с упругими чувствительными элементами и без них.
В манометрах сопротивления с упругими чувствительными элементами в качестве преобразователя давления используются тензодатчики, закрепляемые на чувствительном элементе. Тензодатчик выполняется из нескольких витков тонкой манганиновой проволоки, уложенной в один слой на плоской поверхности. Деформации чувствительного элемента, вызываемые изменениями давления, изменяют сопротивление тензодатчика за счет растяжения проволоки пропорционально действующему давлению.
В манометрах сопротивления без упругих чувствительных элементов применяются вещества, меняющие свое электрическое сопротивление при непосредственном воздействии на них внешнего давления. К числу таких веществ относятся, например, угольный порошок, платина, константен, манганин и ряд других. На практике отдается предпочтение манганину, т.к. он имеет линейную зависимость электрического сопротивления от давления вплоть до давления в 3000 МПа, а также обладает малым температурным коэффициентом сопротивления. К недостаткам манганина можно отнести малое изменение сопротивления от давления.
Для измерения изменения сопротивления от давления для приборов рассматриваемого типа используются автоматические мосты, а при более точных измерениях - потенциометры. Все манометры сопротивления требуют индивидуальной градуировки.
В настоящее время все больше применяются современные общепромышленные электрические преобразователи давления. Это
интеллектуальные, со встроенным микропроцессором, интегральные преобразователи с цифровым интерфейсом. Они обладают свойствами диагностики и конфигурирования на расстоянии (установка нуля и диапазона шкалы, выбор технических единиц, ввод данных для идентификации и физического описания датчика и т.п.), обеспечивают более высокое соотношение измеряемых диапазонов, улучшенную температурную компенсацию, повышенную точность измерения.
Измерительный преобразователь типа «МТ-100», «Сапфир-22МТ», а также микропроцессорный датчик нового поколения «Сапфир-22МП» выпускаются как в обычном, так и во взрывозащищенном исполнениях. Датчики выпускаются для ряда стандартных диапазонов измерения. Верхний предел измерения для всех датчиков равен диапазону измерения, а нижний - нулю. Отдельные модели датчика «МТ-100» могут работать со средами, температура которых достигает до 300 °С. Питание датчиков осуществляется от блоков питания по 2-х или 4-х проводной линии. Датчик «Сапфир-22МТ» является аналогом ранее выпускавшегося датчика «Сапфир-22М» и отличается уменьшенной основной и дополнительной температурной погрешностью, а также расширенными пределами перенастройки диапазонов измерения. Датчик «Сапфир-22МП» является аналогом «Сапфир-22МТ», но с использованием микропроцессорной схемы измерения. Выпускаемые преобразователи типа «ИНСАР» используют полупроводниковый первичный преобразователь давления на основе кремниевого мембранного, тензорезистивного элемента и позволяет заменить «Сапфир-22» при измерениях давления воздуха или газов (в том числе и агрессивных).