Przetwornik piezoelektryczny: przeznaczenie i zastosowanie

Te konwertery należą do podgrupygenerator, w ich podstawie za pomocą mechaniki akumulują się ładunki elektryczne. W rezultacie rozróżnia się następujące zależności: Q = d · P. W tym przypadku d jest piezomodułem, a P to wysiłek. Zazwyczaj materiałem jest kwarc, turmalin, mieszanina wyżarzania, baru, ołowiu. Aby zaprojektować przetwornik piezoelektryczny, konieczne jest zastosowanie obwodów obciążenia: ściskanie, zginanie, ścinanie, rozciąganie.

Bezpośredni i wsteczny efekt piezoelektryczny

Bezpośredni efekt charakteryzuje się następującymi cechami: Zastosowany materiał krystaliczny tworzy sieć ze względu na naładowane jony ułożone w pewnej kolejności. W procesie tym, w odróżnieniu od cząstek, zmieniają się i wytwarzają wzajemną kompensację, co skutkuje elektryczną neutralnością. Kryształy mają cechy, które są oznaczone następująco:

• symetria względem osi;
• biorąc pod uwagę poprzednią formę, pojawia się krata z jonami, które zmieniają się i znoszą.

Jeżeli materiał użyty w procesie jest skierowany na siłę F_x, następnie odkształca się, zmienia się odległość między ładunkami dodatnimi i ujemnymi, a kierunek jest naelektryzowany w danej osi. Wszystko to wyraża się wzorem q = d₁₁F_x i jest proporcjonalna do siły. Współczynnik jest związany z substancją i jej stanem, zwany modułem piezoelektrycznym. Wskaźniki są określane przez siłę i krawędź, ale jeśli kierunek zostanie zmieniony, efekt będzie inny.

Przetwornik piezoelektryczny z bezpośrednimproces elektryzuje kryształy pod wpływem sił zewnętrznych. Efekt ten wynika z wpływu substancji, które są elektrykami. Do wykonania przyrządów pomiarowych potrzebne są kryształy kwarcu. Oznacza to, że zasada przetwornika piezoelektrycznego jest następująca: z bezpośrednim efektem efekt jest realizowany za pośrednictwem mechaniki, a gdy występuje odwrót, kryształy deformują się.

Dodatkowe efekty piezoelektryczne

Kryształ może być spolaryzowany, gdy siły na osiach X, Y są przyłożone do płytki, jeśli działa siła F_x , pojawia się efekt wzdłużny, a gdy F_y - poprzeczny, z F_z opłaty nie występują. Kryształ kwarcu znajduje się na trzech osiach współrzędnych. Aby korzystać z przetworników piezoelektrycznych, należy wyciąć płytkę wskazującą efekt. Ma następujący opis:

• wysoka wytrzymałość;
• dopuszczalne napięcie do 10⁸ N / m²dzięki temu możliwe są duże mierzalne siły;
• sztywność i elastyczność;
• minimalne tarcie wewnątrz;
• stabilność, która się nie zmienia;
• Maksymalny współczynnik jakości wykonany z materiału.

Płytki kwarcowe są używane tylko wkonwertery mierzące ciśnienie i siłę. Biorąc pod uwagę, że twardość materiału jest trudna do przetworzenia, z tego powodu powstaje prosta forma. Moduł jest stały w stałej temperaturze. Jeśli wzrasta, to w tym przypadku moduł maleje. Właściwości piezoelektryczne zanikają w temperaturze 573 stopni Celsjusza.

Opis urządzenia i obwodów pomiarowych

Piezoelektryczny przetwornik ciśnienia ma następującą strukturę:

• membrana, która jest dnem obudowy;
• podszewka jest zewnętrznie uziemiona, a środek jest izolowany kwarcem;
• płyty mają wysoką rezystancję, są połączone równolegle;
• folia i wewnętrzny rdzeń kabla są zamocowane w otworze zamkniętym pokrywą.

Moc wyjściowa jest minimalna, dzięki temuzapewnić wzmacniacz o wysokiej oporności. W rzeczywistości napięcie zależy od pojemności obwodu wejściowego. Charakterystyka przetwornika wskazuje czułość i pojemność. Zasadniczo jest to opłata i własne wskaźniki urządzenia. Jeśli obliczyć sumę, otrzymamy następującą moc wyjściową: S_q = q / F lub U_xx = d₁₁· F / C_o.

Aby rozszerzyć zakres częstotliwości, musiszzmierzone niskie zmienne zwiększają się w kierunku stałego łańcucha czasu. Takie działanie jest łatwe do wdrożenia dzięki zastosowaniu kondensatorów, które są umieszczone równolegle do urządzenia. To prawda, że ​​napięcie wyjściowe spadnie. Zwiększona odporność zwiększy zasięg bez utraty czułości. Ale aby go ulepszyć, potrzebne są ulepszone właściwości izolacyjne i wzmacniacze wejściowe o wysokiej impedancji.

Opis obwodów pomiarowych

Określona jest odporność właściwa i powierzchniowawłasne, a główny składnik kwarcu jest wyższy, więc przetwornik piezoelektryczny musi być uszczelniony. W rezultacie jakość zostaje poprawiona, a powierzchnia jest chroniona przed wilgocią i brudem. Obwody pomiarowe czujników zostały zbudowane jako wzmacniacze o wysokiej impedancji, które bazowały na tranzystorowym tranzystorze polowym i nieodwracającym wzmacniaczu z urządzeniem operacyjnym. Napięcie jest podawane do wejścia i wyjścia.

Jednak ten przestarzały przetwornik piezoelektryczny miał wady:

• zależność napięcia wyjściowego i czułości w odniesieniu do objętości czujnika;
• niestabilna pojemność, która zmienia się w zależności od warunków temperaturowych.

Napięcie i czułość wzmacniacza są określane przez błąd dopuszczalny, jeśli dodamy dołączoną stabilną objętość C₁. Formuła: y_s = (ΔC_o + ΔC_k) / (C_o+ C_k + C₁). Po konwersji otrzymujemy: S = U_bx/ F. Jeśli współczynnik odpowiednio wzrośnie, a te zmienne wzrosną. Charakterystyka obwodu pomiarowego:

• stała linia czasu;
• Rezystancja R jest określana przez wzmocnienie wejściowe, izolację czujników, kabli i R₃;
• Tranzystory MIS są silniejsze od urządzeń obiektowych, ale mają wysoki poziom hałasu;
• R₃ stabilizuje napięcie, jego wartość jest obliczana jako _~ 10¹¹ Ohm

Analizując ostatnią zmienną, możeszzałóżmy, że stała linia czasu jest następująca: t ≤ 1c. Obecnie urządzenia mogą wykorzystywać czujniki piezoelektryczne do ładowania wzmacniaczy napięciowych.

Zalety urządzeń

Przetwornik piezoelektryczny ma następujące zalety:

• prostota montażu strukturalnego;
• całkowite wymiary;
• niezawodność;
• mechanika konwersji napięcia w ładunku elektrycznym;
• zmienne, które można szybko zmierzyć.

W przypadku materiału takiego jak kwarc, któryblisko idealnego stanu ciała, transformacja mechaniki w ładunek elektryki jest możliwa przy minimalnym błędzie od -4 do -6. Jednak rozwój precyzyjnej technologii poprawił zdolność do wykonywania bezstratnej dokładności. W rezultacie można stwierdzić, że te przetworniki piezoelektryczne są najbardziej odpowiednie do pomiaru siły, ciśnienia i innych elementów.

Sonda przyspieszenia ma następującą strukturę:

• wszystkie materiały są przymocowane do podstawy tytanowej;
• dwa jednocześnie zawierające piezoelektryczne elementy kwarcowe;
• masa bezwładności o dużej gęstości została zaprojektowana dla minimalnych wymiarów;
• usuwanie sygnału za pomocą folii z mosiądzu;
• to z kolei jest połączone z lutowanym kablem;
• czujnik jest zamknięty pokrywą przykręconą do podstawy;
• aby wzmocnić wskaźnik na obiekcie, przeciąć nić.

Pomimo masy czujnik jest dość stabilny i gęsty. Działa w zakresie 150 m / s².

Cechy konstrukcyjne konwerterów

Jeśli potrzebujesz czujnika przyspieszenia,ważne jest, aby odpowiednio przymocować płytki z wyczuciem piezoelektrycznym do podstawy. Ta czynność jest wykonywana przez lutowanie. Kabel musi spełniać następujące wymagania:

• opór izolacji musi być wysoki;
• ekran znajduje się obok budynku mieszkalnego;
• antywibracja;
• elastyczność

Oznacza to, że wejście wzmacniacza nie powinno być wykonanedrżenie kabla. Obwód pomiarowy jest tworzony symetrycznie, aby uniknąć zakłóceń. W czujniku połączenie jest asymetryczne, rezystancja końcówek i obudowy jest połączona w taki sposób, że uzyskiwana jest izolacja zewnętrznych płyt. Aby osiągnąć pożądany wynik, musisz wykonać miernik nieparzystej liczby materiałów, które są używane w procesie. Elementy są dociskane do wzmacniacza przez otwory w części środkowej oraz przez izolatory przykręcone do obudowy.

Funkcje instrumentów mierzących drgania

Aby zwiększyć czułość pomiaruurządzenie, należy zastosować wysoko modułowy element piezoelektryczny. Materiał ten układa się równolegle w rzędzie i łączy z metalowymi uszczelkami i płytkami. W tym celu nadal można stosować substancje, które pracują na zginanie. Jednak mają niską częstotliwość i są gorsze od mechaniki kompresji.

Materiał może być bimorficzny, zwykle jestmontowane szeregowo lub równolegle, wszystko zależy od dodatnio położonych osi. Z reguły są to dwie płyty. Jeśli weźmiemy pod uwagę warstwę neutralną, to zamiast niej zamiast elementu piezoelektrycznego można zastosować podkładkę z metalu o średniej grubości.

Aby zmierzyć sygnały, które poruszają się wystarczająco wolno, musisz wykonać następujące czynności:

• przetwornik piezoelektryczny zawarty w oscylatorze;
• kryształ znajduje się na częstotliwości rezonansowej;
• gdy nastąpi obciążenie, wskaźniki się zmienią.

Dzisiaj piezoaccelerometry są zaawansowanymi instrumentami, które mogą mieć wysoką częstotliwość i dużą czułość.

Alternatywne źródło energii poprzez konwertery

Jeden ze słynnych i niewyczerpanych funduszywytwarzanie energii elektrycznej jest energią fal. Takie stacje są montowane bezpośrednio w środowisku wodnym. Zjawisko to związane jest z promieniami słońca, które ogrzewają masę powietrza, tworząc fale. Wał tego zjawiska ma intensywność energii, która jest określona przez siłę wiatru, szerokość frontów powietrza, czas trwania podmuchów.

Wartość może wahać się w płytkiej wodzie lubosiągnąć 100 kW na metr. Przetwornik energii fal piezoelektrycznych działa zgodnie z pewną zasadą. Poziom wody podnosi się przez falę, w trakcie czego powietrze jest wyciskane z naczynia. Następnie strumienie są pomijane przez turbinę cofania. Urządzenie obraca się w określonym kierunku, niezależnie od ruchu fal.

Ta jednostka ma pozytywną charakterystykę. Do dziś nie udaje się ulepszyć projektu, ponieważ skuteczność i zasada działania zostały udowodnione we wszystkich istniejących sposobach. W procesie postępu technicznego prawdopodobnie będą budowane stacje pływające.

Ultradźwiękowy przetwornik piezoelektryczny

To urządzenie zostało zaprojektowane w taki sposób, że nie wymagadodatkowe ustawienia. Jest wyposażony w jednostkę pamięci, która daje wynik techniczny. Odnosi się do oprzyrządowania. Takie urządzenia różnią się rodzajem, cechami technicznymi, które są zestawiane na podstawie danych dotyczących projektu i celu przy minimalnych błędach. Wszystkie wymagania są oparte na projekcie.

Dla wszystkich dostarczonych urządzeństandardowy schemat tworzenia: defektoskop, obudowa, elektrody, główny element przymocowany do podstawy, rdzenia, folii i innych materiałów Ultradźwiękowy przetwornik piezoelektryczny jest przydatnym modelem. Pozwala odbierać dane bezpośrednio za pomocą dźwięku zainstalowanego na podstawie urządzenia.

Zastosowania przetwornicy piezoelektrycznej

Urządzenia z efektem bezpośrednim są używane wprzyrządy mierzące siłę, ciśnienie, przyspieszenie. Mają wysoki poziom częstotliwości i sztywności. Aparaty ze sprzężeniem zwrotnym stosowane w drganiach ultradźwiękowych, przekształcanie naprężeń w odkształcenia, wyważanie. Jeśli oba efekty są brane pod uwagę w tym samym czasie, to ta opcja jest odpowiednia dla piezoresonatorów, które dość szybko przekształcają jeden rodzaj energii w inny.

Pozytywne urządzenia zawarte na rewersiekierunek, działają na automatyczne oscylacje i są używane w generatorach. Obszar ich zastosowania jest obszerny, ponieważ mają wysoką stabilność przy prawidłowym tworzeniu. Często, w celu uzyskania pożądanego efektu i uzyskania prawidłowych informacji, stosuje się kilka piezoresonatorów.

Wady przetworników

W tych urządzeniach występuje ogromna liczba pozytywów. Jednak mają również negatywne cechy:

• oporność wyjściowa jest maksymalna;
• Układy pomiarowe i kable powinny być tworzone w oparciu o rygorystyczne wymagania i zalecenia.

Obliczenia przetwornika piezoelektrycznego początkowo wyświetlają równanie dla częstotliwości rezonansowej: F_str = 0,24 · s ·. Grubość płyty: h = f_str · A² / 0,24 · c = 35 · 10³ · 25 · 10^-6/ 0,24 · 2900 = 1,257 · 10^-3m. Charakterystyki energetyczne obliczane są w następujący sposób: W_ak = W_ac.ud · S = 40 · 4,53 · 10^-3.