Piezoelektrični pretvornik: namen in uporaba

Ti pretvorniki spadajo v podskupino generatorskih, električni naboji se kopičijo s pomočjo mehanike. Posledično se razlikuje naslednje razmerje: Q = dmiddot-P. V tem primeru je d piezomodula in P je napor. Običajno je material kremen, turmalin, mešanica žarjenja, barij, svinec. Za oblikovanje piezoelektričnega pretvornika je potrebno uporabiti tokokrog obremenitve: stiskanje, upogibanje, striženje, raztezanje.

Neposredni in vzvratni piezoelektrični učinek

Za neposredni učinek je značilno naslednje: kristalni material, ki se uporablja, tvori mrežo zaradi zaračunanih ionov, urejenih v določenem vrstnem redu. V procesu se za razliko od delcev zamenjajo in proizvajajo medsebojno kompenzacijo, kar ima za posledico električno nevtralnost. Kristali imajo značilnosti, ki so označene na naslednji način:

• simetrija glede na os;
• ob upoštevanju prejšnjega obrazca se pojavi mreža z ioni, ki se izmenjujejo in prekličejo.

Če je material, uporabljen v postopku, usmerjen na silo F_x, se deformira, razdalja med pozitivnimi in negativnimi nabojem se spremeni, smer v danem osi pa se elektrificira. Vse to je izraženo v formuli q = d₁₁F_x in je sorazmerna s silo. Koeficient je povezan s snovjo in njenim stanjem, imenovanim piezoelektrični modul. Indekse določajo moč in rob, če pa se smer spremeni, bo učinek drugačen.

Piezoelektrični pretvornik v neposrednem postopku elektrizi kristale pod vplivom zunanjih sil. Ta učinek izhaja iz vpliva snovi, ki so elektrika. Za izdelavo merilnih instrumentov potrebujete kristale. To pomeni, da je princip piezoelektričnega pretvornika naslednji: z neposrednim učinkom se učinek izvede s pomočjo mehanike in ko se obrnimo, se kristali deformirajo.

Dodatni piezoelektrični učinki

Kristal se lahko polarizira, ko se sile na X, Y osi pritrdijo na ploščo. Če je sila F_x, se pojavi vzdolžni učinek in ko je F_y - prečni, s F_zstroški ne nastanejo. Kvarčni kristal se nahaja na treh koordinatah. Za uporabo piezoelektrične merilni pretvorniki, Potrebno je izrezati ploščo, ki bo pokazala učinek. Ima naslednji opis:

• visoka trdnost;
• napetost je dovoljena do 10^{8. mesto} N / m², zahvaljujoč temu so možne velike merljive sile;
• togost in elastičnost;
• minimalno trenje znotraj;
• stabilnost, ki se ne spremeni;
• največji faktor kakovosti izdelanega materiala.

Kvarčne plošče se uporabljajo samo v pretvornikih, ki merijo tlak in silo. Glede na trdoto materiala je težko obdelati, zato ustvarja enostavno obliko. Modul je konstanten pri nespremenjeni temperaturi. Če se poveča, se v tem primeru modul zmanjša. Piezoelektrične lastnosti izginejo pri temperaturi 573 stopinj Celzija.

Opis naprave in merilnih tokokrogov

Piezoelektrični pretvornik tlaka ima naslednjo strukturo:

• membrana, ki je dno lupine;
• zunanji pokrov je ozemljen in sredina je izolirana s kremenom;
• plošče imajo visoko upornost, vzporedno priključene;
• Folija in notranje jedro kabla sta pritrjena v luknjo, ki jo zapira pokrov.

Izhodna moč je minimalna, zato je na voljo ojačevalnik z visoko odpornostjo. Dejansko je napetost odvisna od kapacitete vhodnega vezja. Značilnosti pretvornika kažejo občutljivost in kapacitivnost. V bistvu je to polnjenje in lastna zmogljivost naprave. Če izračunate skupno, dobite naslednjo izhodno moč: S_q= q / F ali U_xx = d₁₁middot-F / C_o.

Da bi razširili frekvenčno območje, je treba izmerjene nizke spremenljivke povečati proti konstantni časovni verigi. Takšno dejanje je mogoče enostavno doseči z vključitvijo kondenzatorjev, ki se nahajajo vzporedno z napravo. Resnica je, da se bo izhodna napetost zmanjšala. Odpornost, ki je bila povečana, bo razširila območje brez izgube občutljivosti. Toda za njeno povečanje so potrebne boljše izolacijske lastnosti in ojačevalniki z visoko impedančnim vhodom.

Opis merilnih tokokrogov

Specifični in površinski upori določajo svoje lastnosti, pri čemer je glavna sestavina za kremen večja, zato je treba piezoelektrični pretvornik zapečatiti. Zaradi tega se kakovost poveča in površina je zaščitena pred vlago in umazanijo. Merilniki vezij senzorja so bili ustvarjeni kot visoko uporovni ojačevalniki, ki so temeljili na izhodni stopnji tranzistorja na polju z vplivom polja in neinvertirnega ojačevalnika z delovno napravo. Napetost gre za vhod in izhod.

Vendar pa so v tem zastarelem piezoelektričnem pretvorniku obstajali pomanjkljivosti:

• odvisnost izhodne napetosti in občutljivosti glede na prostornino senzorja;
• Nestabilna zmogljivost, ki se spreminja zaradi temperaturnih razmer.

Napetost ojačevalnika in občutljivost se določita z dovoljeno napako, če je vključeni stabilni volumen C₁. Formula: y_s = (Delta-C_o+ Delta-C_k) / (C_o+C_k+C₁). Po transformaciji dobimo: S = U_bx/ F. Če se koeficient poveča, se te spremenljivke povečajo. Za merilno vezje je značilno:

• stalna časovna vrstica;
• Odpornost R se določi z vhodnim izkoristkom, izolacijo senzorjev, kablov in R₃;
• MIS tranzistorji so močnejši od naprav na terenu, vendar imajo visoko raven hrupa;
• R₃ stabilizira napetost, njegova vrednost se izračuna kot _~ 10¹¹ Ohm.

Če analiziramo zadnjo spremenljivko, lahko domnevamo, da je konstanta Časovna vrstica Naslednje: t le-1c. Danes se naprave lahko uporabljajo z napetostnimi ojačevalniki piezoelektrični senzorji za dajatev.

Ugodne lastnosti naprav

Piezoelektrični pretvornik ima naslednje prednosti:

• enostavnost strukturne montaže;
• splošne dimenzije;
• zanesljivost;
• preoblikovanje mehanske obremenitve v električni naboj;
• Spremenljivke, ki jih je mogoče hitro izmeriti.

V primeru materiala, kot je kvarc, ki je blizu idealnemu stanju telesa, je možno preoblikovanje mehanike v električni naboj z minimalno napako od -4 do -6. Vendar pa je razvoj tehnologije visoke natančnosti izboljšal sposobnost natančnega uresničevanja brez izgube. Zato lahko ugotovimo, da so ti piezoelektrični pretvorniki najbolj primerni za sile, tlak in druge merilne elemente.

Pospešek PEP ima naslednjo konstrukcijo:

• vsi materiali so pritrjeni na bazi titana;
• dva simultano preklopljena piezoelektrična elementa iz kremena;
• inertna masa visoke gostote je zasnovana za minimalne dimenzije;
• odstranitev signala z medeninasto folijo;
• to pa je povezano s kablom, ki se spoji;
• Senzor je zaprt s pokrovom, privito v podnožju;
• Za krepitev merilnika na objektu odrežite nit.

Kljub masi je senzor precej stabilen in gost. Deluje v razponu od 150 m / s².

Konstrukcijske značilnosti pretvornikov

Če je potrebno izdelati senzor pospeška, je pomembno, da piezoelektrične plošče pravilno pritrdite na podlago. To dejanje se izvaja s spajkanjem. Kabel mora izpolnjevati naslednje zahteve:

• izolacijski upor mora biti visok;
• Zaslon je nameščen ob bivalnem prostoru;
• anti-vibracije;
• fleksibilnost.

To pomeni, da vhod ojačevalnika ne sme pretresti kabla. Merilno vezje je ustvarjeno simetrično, tako da ni motenj. V senzorju je povezava asimetrična, odpornost sponk in ohišja je povezana tako, da se dobijo zunanje plošče. Da bi dosegli želeni rezultat, mora meter izvesti iz neparnega števila materialov, ki se uporabljajo v procesu. Elemente pritisnemo proti ojačevalcu skozi luknje v osrednjem delu in skozi izolatorje, ki so priviti v telo.

Značilnosti naprav, ki merijo vibracije

Da bi povečali občutljivost merilne naprave, je potrebno uporabljati piezoelemente z visokim modulom. Ta material je položen vzporedno zaporedoma in je povezan s kovinskimi tesnili in ploščami. V ta namen se lahko še vedno uporabljajo snovi, ki delujejo na upogibanju. Vendar pa imajo nizko frekvenco in so slabše od kompresijske mehanike.

Material je lahko bimorfen, običajno je zbran v seriji ali vzporedno, vse je odvisno od pozitivno lociranih osi. Praviloma gre za dve plošči. Če upoštevate nevtralni sloj, potem lahko namesto piezoelementa uporabite ploščo iz kovine s povprečno debelino.

Če želite meriti signale, ki se premikajo počasi, morate narediti naslednje:

• piezoelektrični pretvornik je vgrajen v avtogenerator;
• kristal je na resonančni frekvenci;
• Takoj po obremenitvi se kazalci spremenijo.

Danes so piezoaccelerometri napredni instrumenti, ki so lahko visokofrekvenčni, z močno občutljivostjo.

Alternativni vir energije s pretvorniki

Eden od znamenitih in neizčrpnih sredstev za pridobivanje električne energije je energija valov. Takšne postaje so nameščene neposredno v vodnem okolju. Ta pojav je povezan s sončnimi žarki, ki segrejejo maso zraka, zaradi katere se pojavijo valovi. Gred tega pojava ima energijsko intenzivnost, ki jo določi moč vetra, širina zračnih meja, trajanje sunkov.

Vrednost lahko niha v plitvih vodah ali doseže 100 kW na meter. Pretvornik energije piezoelektričnega valovanja deluje v skladu z določenim načelom. Nivo vode se dviguje skozi val, pri čemer se zrak iz stisnjenega zraka iztisne iz posode. Nato potoki potekajo skozi reverzibilno turbino. Enota se vrti v določeni smeri, ne glede na gibanje valov.

Ta naprava ima pozitivno lastnost. Do danes se izboljšanje oblikovanja ne predvideva, ker sta učinkovitost in načelo delovanja dokazani z vsemi obstoječimi načini. V procesu tehnološkega napredka se lahko zgradijo plavajoče postaje.

Ultrazvočni piezoelektrični pretvornik

Ta naprava je zasnovana tako, da ne zahteva dodatnih nastavitev. Opremljen je s pomnilniškim bloka, ki daje tehnični rezultat. Nanaša se na instrumente. Takšne naprave se razlikujejo glede na vrsto, tehnične značilnosti, ki so zbrane na podlagi podatkov o načrtovanju in projektiranju z minimalnimi napakami. Vse zahteve se upoštevajo na podlagi zasnove.

Za vse takšne naprave je zagotovljena standardna shema ustvarjanja: detektor napak, telo, elektrode, glavni element, ki je pritrjen na osnovo, veno, folijo in druge materiale. Uporaben model je ultrazvočni piezoelektrični pretvornik. Omogoča vam neposredno sprejemanje podatkov z zvokom, nameščenim na dnu naprave.

Področja uporabe piezoelektričnega pretvornika

Naprave z neposrednim učinkom se uporabljajo v napravah, ki merijo silo, tlak, pospešek. Imajo visoko stopnjo frekvence in togosti. Aparati s povratnimi informacijami se uporabljajo pri ultrazvočnih vibracijah, preoblikovanju stresa v deformacijo, uravnoteženju. Če se hkrati upoštevata oba učinka, je ta možnost primerna za piezorezonatorje, ki precej hitro pretvorijo eno vrsto energije v drugo.

Pozitivne naprave, vključene v obratni smeri, delujejo na avtomatskih nihanjih in se uporabljajo v generatorjih. Območje njihove uporabe je obsežno, saj imajo ob pravilni izdelavi visoko stabilnost. Pogosto se več piezorezonatorjev uporablja za doseganje želenega učinka in pridobivanje pravilnih informacij.

Pomanjkljivosti pretvornikov

V teh napravah je veliko pozitivnih strani. Vendar pa imajo tudi negativne lastnosti:

• izhodni upor je največji;
• Merilna vezja in kabli morajo biti izdelani na podlagi strogih zahtev in priporočil.

Izračun piezoelektričnega pretvornika na začetku dobi enačbno formulo za resonančno frekvenco: F_str= 0,24 middot-cmiddot-. Debelina plošče: h = F_str middot-a² / 0,24 middot-c = 35 middot-10³ middot-25 middot-10^-6/ 0,24 middot-2900 = 1,257 middot-10^-3m. Energijske karakteristike se izračunajo na naslednji način: W_a = W_ac.uod middot-S = 40 middot- 4.53 middot-10^-3.