Selectorul piezoelectric: scopul și aplicarea

Acești convertoare aparțin unui subgrup de generatoare, încărcările electrice se acumulează prin mecanică. Ca rezultat, distingem următoarea relație: Q = dmiddot- P. În acest caz, d este piezomodul și P este un efort. De obicei, materialul este cuarț, turmalină, un amestec de recoacere, bariu, plumb. Pentru a proiecta un traductor piezoelectric, este necesar să se utilizeze circuite de sarcină: comprimare, îndoire, forfecare, întindere.

Efect piezoelectric direct și invers

Pentru efectul direct, următoarele sunt tipice: materialul cristalin folosit formează o rețea datorată ionilor încărcați aranjați într-o anumită ordine. În acest proces, spre deosebire de particulele alternative și produc compensații reciproce, rezultând o neutralitate electrică. Cristalele au caracteristici care sunt desemnate după cum urmează:

• simetrie în raport cu axa;
• luând în considerare forma anterioară, apare o rețea cu ioni, care se alternează și se anulează.

Dacă materialul utilizat în proces este direcționat către forța F_x, apoi se deformează, distanța dintre încărcăturile pozitive și negative se schimbă, iar direcția din axa dată este electrificată. Toate acestea sunt exprimate în formula q = d₁₁F_x și este proporțională cu forța. Coeficientul este legat de substanță și starea sa, numită modulul piezoelectric. Indicii sunt determinați de puterea și marginea, dar dacă direcția este schimbată, efectul va fi diferit.

Traductorul piezoelectric într-un proces direct electrifică cristalele sub influența forțelor externe. Acest efect provine din influența substanțelor electrice. Pentru a face instrumente de măsurare, veți avea nevoie de cristale de cuarț. Acesta este, principiul traductorului piezoelectric este următorul: cu un efect direct, efectul este efectuat prin mecanica, iar când apare invers, cristalele se deformează.

Efecte piezoelectrice suplimentare

Cristalul poate fi polarizat când forțele de pe axele X, Y sunt aplicate pe placă. Dacă forța F_x, atunci apare un efect longitudinal și când F_y - transversal, cu F_znu apar taxe. Cristalul de cuarț este localizat pe trei axe de coordonate. Pentru a utiliza piezoelectric traductoare de măsurare, Este necesar să tăiați placa, ceea ce va indica efectul. Are următoarea descriere:

• rezistență ridicată;
• tensiunea este permisă până la 10⁸ N / m², datorită acestui fapt, sunt posibile forțe mari măsurabile;
• rigiditate și elasticitate;
• frecare minimă în interior;
• stabilitate care nu se schimbă;
• factorul maxim de calitate al materialului produs.

Plăcile de cuart sunt utilizate numai în convertoare care măsoară presiunea și forța. Având în vedere duritatea materialului este dificil de manevrat, așa că creează o formă simplă. Modulul este constant la o temperatură neschimbată. Dacă crește, atunci în acest caz modulul scade. Proprietățile piezoelectrice dispar la o temperatură de 573 grade Celsius.

Descrierea dispozitivului și a circuitelor de măsurare

Traductorul de presiune piezoelectric are următoarea structură:

• o membrană care este fundul cochiliei;
• capacul exterior este împământat, iar mijlocul este izolat cu cuarț;
• plăcile au rezistență ridicată, conectate în paralel;
• Folia și miezul interior al cablului sunt fixate într-o gaură închisă de un capac.

Puterea de ieșire este minimă, prin urmare este furnizat un amplificator cu rezistență ridicată. De fapt, tensiunea depinde de capacitatea circuitului de intrare. Caracteristicile convertorului indică sensibilitate și capacitate. Practic, această taxă și performanța dispozitivului. Dacă calculați în total, obțineți următoarea putere de ieșire: S_q= q / F sau U_xx = d₁₁middot-F / C_o.

Pentru a extinde domeniul de frecvență, este necesar să se mărească variabilele scăzute măsurate către un lanț de timp constant. O astfel de acțiune este ușor de realizat prin includerea condensatoarelor, care sunt amplasate în paralel cu dispozitivul. Adevărul este că tensiunea de ieșire va scădea. Rezistența care a fost crescută va extinde domeniul fără pierderea sensibilității. Dar pentru creșterea sa, sunt necesare calități mai bune de izolare și amplificatoare cu o intrare cu impedanță ridicată.

Descrierea circuitelor de măsurare

Rezistențele specifice și de suprafață determină propriile lor, având componenta principală pentru cuarț fiind mai mare, astfel încât traductorul piezoelectric trebuie sigilat. Ca urmare, calitatea crește, iar suprafața este protejată de umiditate și murdărie. Sistemele de măsurare a senzorilor au fost create ca amplificatoare de rezistență ridicată, care s-au bazat pe stadiul de ieșire al unui tranzistor cu efect de câmp și pe un amplificator neinversiv cu un dispozitiv de operare. Tensiunea ajunge la intrare și ieșire.

Cu toate acestea, în acest traductor piezoelectric învechit au existat dezavantaje:

• dependența tensiunii de ieșire și a sensibilității față de volumul senzorului;
• Capacitatea instabilă, care variază datorită condițiilor de temperatură.

Tensiunea și sensibilitatea amplificatorului sunt determinate de eroarea admisă, dacă volumul stabil stabilit C₁. Formula: y_s = (Delta-C_o+ Delta-C_k) / (C_o+C_k+C₁). După transformare obținem: S = U_bx/ F. Dacă crește coeficientul respectiv, iar aceste variabile cresc. Pentru circuitul de măsurare este tipic:

• constanta linie de timp;
• Rezistența R este determinată de câștigul de intrare, izolarea senzorilor, cablurilor și R₃;
• MIS tranzistoarele sunt mai puternice decât dispozitivele de câmp, dar au un nivel ridicat de zgomot;
• R₃ stabilizează tensiunea, valoarea sa este calculată ca _~ 10¹¹ Ohmi.

Analizând ultima variabilă, putem presupune că constanta linie de timp Următoarele: t 1c. Astăzi, dispozitivele pot fi utilizate cu amplificatoare de tensiune senzori piezoelectrici pentru taxa.

Caracteristicile avantajoase ale dispozitivelor

Traductorul piezoelectric are următoarele avantaje:

• simplitatea asamblării structurale;
• dimensiuni globale;
• fiabilitate;
• transformarea stresului mecanic într-o sarcină electrică;
• Variabile care pot fi măsurate rapid.

În cazul unui material cum ar fi cuarț, care este aproape de starea ideală a corpului, este posibilă transformarea mecanicii în sarcină electrică cu o eroare minimă de -4 până la -6. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei de înaltă precizie a îmbunătățit capacitatea de a realiza acuratețea fără pierderi. Ca rezultat, se poate ajunge la concluzia că aceste traductoare piezoelectrice sunt cele mai potrivite pentru forța, presiunea și alte elemente de măsurare.

PEP de accelerație are următoarea construcție:

• toate materialele sunt atașate la o bază de titan;
• două elemente piezoelectrice comutate simultan cu cuarț;
• masa inerțială de înaltă densitate este proiectată pentru dimensiuni minime;
• îndepărtarea semnalului prin intermediul unei folii de alamă;
• acesta, la rândul său, este conectat la un cablu care este lipit;
• Senzorul este închis cu un capac înșurubat în bază;
• Pentru a întări contorul pe obiect, tăiați firul.

În ciuda masei, senzorul este destul de stabil și dens. Funcționează în domeniul de 150 m / s².

Caracteristici de proiectare ale convertoarelor

Dacă este necesar să faceți un senzor de accelerometru, este important să atașați corect plăcile piezoelectrice la bază. Această acțiune se realizează prin lipire. Cablul trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

• rezistența de izolație trebuie să fie ridicată;
• Ecranul este amplasat lângă spațiul de locuit;
• Anti-vibrații;
• flexibilitate.

Asta înseamnă că intrarea amplificatorului nu trebuie să fie ciupită de cablu. Circuitul de măsurare este creat simetric, astfel încât să nu se producă interferențe. În senzor, conexiunea este asimetrică, rezistența terminalelor și a carcasei este conectată astfel încât să se obțină plăcile exterioare. Pentru a obține rezultatul dorit, contorul trebuie să funcționeze dintr-un număr impar de materiale care sunt utilizate în proces. Elementele sunt presate pe amplificator prin orificiile din partea centrală și prin izolații care sunt înșurubate pe corp.

Caracteristicile dispozitivelor care măsoară vibrațiile

Pentru a crește sensibilitatea dispozitivului de măsurare, este necesar să se utilizeze piezoelemente cu un modul ridicat. Acest material este așezat în paralel într-un rând și conectat prin garnituri și plăci metalice. În acest sens, substanțele care lucrează la îndoire pot fi utilizate în continuare. Cu toate acestea, au o frecvență scăzută și sunt inferioare mecanicii de compresie.

Materialul poate fi bimorf, de obicei este colectat în serie sau în paralel, totul depinde de axele poziționate. De regulă, acestea sunt două plăci. Dacă țineți cont de stratul neutru, atunci peste el în loc de piezoelement se poate folosi o placă din metal cu o grosime medie.

Pentru a măsura semnalele care se mișcă destul de lent, trebuie să faceți următoarele:

• un traductor piezoelectric este încorporat într-un autogenerator;
• cristalul este la frecvența rezonantă;
• De îndată ce există o încărcătură, indicatorii se vor schimba.

Astăzi, piezoaccelerometrele sunt instrumente avansate care pot fi de înaltă frecvență, cu o sensibilitate puternică.

Energie alternativă prin convertoare

Unul dintre mijloacele celebre și inepuizabile de a obține energie electrică este energia valurilor. Aceste stații sunt montate direct în mediul acvatic. Acest fenomen este asociat cu razele soarelui, care încălzesc masa aerului, din cauza căreia apar valuri. Arborele acestui fenomen are intensitate energetică, determinată de puterea vântului, de lățimea frontelor de aer, de durata rafalelor.

Valoarea poate fluctua în apa puțin adâncă sau poate atinge 100 kW pe metru. Convertizorul de energie cu undă piezoelectrică funcționează în conformitate cu un anumit principiu. Nivelul apei se ridică prin val, în timpul procesului aerul este stors din vas. Apoi fluxurile sunt trecute printr-o turbină reversibilă. Unitatea se rotește într-o anumită direcție, indiferent de mișcarea valurilor.

Acest dispozitiv are o caracteristică pozitivă. Până în prezent, îmbunătățirea designului nu este prevăzută, deoarece eficiența și principiul funcționării sunt demonstrate de toate căile existente. În procesul progresului tehnologic, stațiile plutitoare pot fi construite.

Traductor piezoelectric ultrasonic

Acest dispozitiv este proiectat astfel încât să nu necesite setări suplimentare. Este echipat cu un bloc de memorie, care oferă un rezultat tehnic. Se referă la instrumente. Astfel de dispozitive diferă în funcție de tipul, caracteristicile tehnice, care sunt compilate pe baza datelor de proiectare și proiectare cu erori minime. Toate cerințele sunt luate în considerare pe baza proiectului.

Pentru toate aceste dispozitive se oferă o schemă standard de creare: detector de defect, corp, electrozi, element principal care este fixat pe bază, vena, folie și alte materiale. Un traductor piezoelectric ultrasonic este un model util. Acesta vă permite să recepționați date direct cu sunetul instalat pe baza dispozitivului.

Domenii de aplicare a unui traductor piezoelectric

Dispozitivele cu efect direct sunt utilizate în dispozitivele care măsoară forța, presiunea, accelerația. Au un nivel ridicat de frecvență și rigiditate. Aparatul cu feedback este utilizat în vibrațiile cu ultrasunete, transformarea stresului în deformare, echilibrare. În cazul în care, în același timp, să ia în considerare atât efectele, atunci această opțiune este potrivit pentru rezonator piezo, care transformă o formă de energie într-un alt destul de repede.

Dispozitivele pozitive, incluse în direcția inversă, funcționează pe oscilații automate și sunt utilizate în generatoare. Domeniul aplicației lor este extins, deoarece are o stabilitate ridicată când este creat corespunzător. De cele mai multe ori piezoresonatoarele sunt utilizate pentru a obține efectul dorit și a obține informații corecte.

Dezavantaje ale convertoarelor

În aceste dispozitive există un număr foarte mare de fețe pozitive. Cu toate acestea, ele au și caracteristici negative:

• rezistența la ieșire este maximă;
• Circuitele și cablurile de măsurare trebuie să fie create pe baza unor cerințe și recomandări stricte.

Calculul traductorului piezoelectric derivă inițial formula de ecuație pentru frecvența rezonantă: F_p= 0,24 middot-cmiddot-. Grosimea plăcii: h = F_p middot- un² / 0,24 middot-c = 35 middot- 10³ middot- 25 middot- 10^-6/ 0,24 middot-2900 = 1.257 middot- 10^-3m. Caracteristicile energetice se calculează după cum urmează: W_ak = W_ak.ud middot-S = 40 middot- 4,53 middot- 10^-3.