Penukar ini tergolong dalam subkumpulan penjana, ia adalah berdasarkan cas elektrik terkumpul secara mekanikal. Akibatnya, hubungan berikut dibezakan: Q=d P. Dalam kes ini, d ialah modulus piezoelektrik, dan P ialah daya. Sebagai peraturan, bahannya adalah kuarza, turmalin, campuran penyepuhlindapan, barium, plumbum. Untuk mereka bentuk transduser piezoelektrik, perlu menggunakan corak beban: mampatan, lenturan, ricih, tegangan.
Kesan piezoelektrik langsung dan terbalik
Kesan langsung dicirikan oleh yang berikut: bahan kristal yang digunakan membentuk kekisi disebabkan oleh ion bercas yang disusun dalam susunan tertentu. Dalam proses itu, zarah yang berbeza silih berganti dan saling mengimbangi, menghasilkan neutraliti elektrik. Kristal mempunyai ciri yang ditunjukkan seperti berikut:
- simetri berkenaan dengan paksi;
- memandangkan paparan sebelumnya, kekisi muncul dengan ion yang silih berganti dan mengimbangi.
Jika bahan yang digunakan dalam proses diarahkan kepada daya Fx, maka iaadalah cacat, jarak antara cas positif dan negatif berubah, dan arah dalam paksi yang diberikan adalah elektrik. Semua ini dinyatakan dalam formula q=d11Fx dan berkadar dengan daya. Pekali dikaitkan dengan bahan dan keadaannya, ia mempunyai nama - modul piezoelektrik. Indeks ditentukan oleh kekuatan dan kelebihan, tetapi jika anda menukar arah, kesannya akan berbeza.
Transduser piezoelektrik dalam proses langsung mengelektrik kristal di bawah pengaruh daya luar. Kesan ini berlaku di bawah pengaruh bahan yang merupakan juruelektrik. Untuk membuat alat pengukur, anda memerlukan kristal kuarza. Iaitu, prinsip operasi transduser piezoelektrik adalah seperti berikut: dengan kesan langsung, tindakan dilakukan melalui mekanik, dan dengan sebaliknya, kristal berubah bentuk.
Kesan piezo tambahan
Kristal boleh dipolarisasi apabila plat dikenakan daya pada paksi X, Y. Fy – melintang, dengan Fz tiada caj dikenakan. Kristal kuarza terletak pada tiga paksi koordinat. Untuk menggunakan transduser piezoelektrik, perlu memotong plat yang menunjukkan kesannya. Ia mempunyai perihalan berikut:
- kekuatan tinggi;
- voltan dibenarkan sehingga 108 N/m2, oleh itu daya boleh diukur yang besar mungkin;
- ketegaran dan keanjalan;
- geseran minimum di dalam;
- kestabilan,yang tidak berubah;
- Faktor kualiti maksimum bahan fabrikasi.
Plat kuarza hanya digunakan dalam transduser yang mengukur tekanan dan daya. Memandangkan kekerasan bahan, sukar untuk diproses, jadi bentuk mudah dicipta daripadanya. Modulus adalah malar pada suhu malar. Sekiranya ia meningkat, maka dalam kes ini terdapat penurunan dalam modul. Sifat piezoelektrik hilang pada 573 darjah Celsius.
Penerangan tentang peranti dan litar pengukuran
Transduser tekanan piezoelektrik mempunyai struktur berikut:
- membran, iaitu bahagian bawah sarung;
- lapik luar dibumikan, dan bahagian tengah ditebat dengan kuarza;
- plat mempunyai rintangan yang tinggi, disambung secara selari;
- kerajang dan teras dalam kabel diikat dalam lubang yang ditutup dengan penutup.
Kuasa keluaran adalah minimum, dalam hal ini, penguat dengan rintangan yang besar disediakan. Pada asasnya, voltan bergantung pada kapasitansi litar input. Ciri-ciri transduser menunjukkan sensitiviti dan kapasiti. Pada asasnya, ini ialah caj dan penunjuk peranti itu sendiri. Jika dikira secara keseluruhan, maka kuasa keluaran berikut akan diperoleh: Sq =q/F atau Uxx=d11 F/Co.
Untuk mengembangkan julat frekuensi, adalah perlu untuk meningkatkan pembolehubah rendah yang diukur ke arah litar masa malar. Ia adalah mudah untuk melakukan ini dengan menghidupkankapasitor yang terletak selari dengan peranti. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, voltan keluaran akan berkurangan. Rintangan yang telah meningkat akan mengembangkan julat tanpa kehilangan sensitiviti. Tetapi untuk meningkatkannya, kualiti pengasingan yang dipertingkatkan dan penguat dengan input rintangan tinggi diperlukan.
Penerangan tentang litar pengukuran
Rintangan spesifik dan permukaan menentukan sendiri, dan komponen utama untuk kuarza adalah lebih tinggi, jadi transduser piezoelektrik mesti dimeteraikan. Hasilnya, kualiti bertambah baik dan permukaan dilindungi daripada kelembapan dan kotoran. Litar pengukuran sensor telah dicipta sebagai penguat rintangan tinggi, yang berdasarkan peringkat keluaran transistor kesan medan dan penguat tidak menyongsangkan dengan peranti operasi. Voltan dibekalkan kepada input dan output.
Walau bagaimanapun, transduser piezoelektrik yang sudah lapuk ini mempunyai kelemahan:
- pergantungan voltan keluaran dan kepekaan berhubung dengan volum sensor;
- kapasiti tidak stabil yang berubah disebabkan oleh keadaan suhu.
Voltan penguat dan sensitiviti ditentukan oleh ralat yang dibenarkan, jika isipadu stabil yang disertakan ditambah dengan C1. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Selepas transformasi kita dapat: S=Ubx/F. Jika pekali meningkat, masing-masing, dan pembolehubah ini meningkat. Litar pengukur dicirikan oleh:
- garis masa tetap;
- rintangan R ditentukan oleh perolehan input, pengasingan penderia, kabel dan R3;
- Transistor MOS lebih kuat daripada peranti medan tetapi mempunyai tahap hingar yang tinggi;
- R3 menstabilkan voltan, nilainya dikira sebagai ~ 1011 Ohm.
Menganalisis pembolehubah terakhir, kita boleh mengandaikan bahawa garis masa malar adalah seperti berikut: t ≦ 1c. Peranti hari ini boleh menggunakan penderia piezoelektrik dengan penguat voltan untuk mengecas.
Kelebihan Peranti
Transduser piezoelektrik mempunyai kelebihan berikut:
- pemasangan struktur mudah;
- dimensi;
- kebolehpercayaan;
- penukaran voltan mekanikal kepada cas elektrik;
- pembolehubah yang boleh diukur dengan cepat.
Dalam kes bahan seperti kuarza, yang hampir dengan keadaan badan ideal, perubahan mekanik kepada cas elektrik adalah mungkin dengan ralat minimum -4 hingga -6. Walau bagaimanapun, pembangunan teknologi berketepatan tinggi telah meningkatkan keupayaan untuk merealisasikan ketepatan tanpa kerugian. Hasilnya, kita boleh membuat kesimpulan bahawa transduser piezoelektrik ini adalah yang paling sesuai untuk mengukur daya, tekanan dan elemen lain.
Pecutan PET mempunyai struktur berikut:
- semua bahan dilekatkan pada tapak titanium;
- dua dihidupkan serentak elemen piezoelektrikdaripada kuarza;
- jisim inersia berketumpatan tinggi direka untuk dimensi minimum;
- penyingkiran isyarat dengan kerajang loyang;
- dia pula disambungkan ke kabel yang dipateri;
- sensor yang dilindungi oleh penutup yang diskrukan ke dalam pangkalan;
- untuk membetulkan meter pada objek, potong benang.
Walaupun berjisim, penderianya agak stabil dan padat. Beroperasi pada 150 m/s2.
Ciri reka bentuk penukar
Jika perlu untuk membuat penderia pecutan, adalah penting untuk memasang plat pengesan piezo dengan betul pada tapaknya. Tindakan ini dilakukan dengan pematerian. Kabel mesti memenuhi keperluan berikut:
- rintangan penebat hendaklah tinggi;
- skrin diletakkan di sebelah ruang tamu;
- anti-getaran;
- fleksibiliti.
Iaitu, kabel tidak boleh digoncang pada input penguat. Litar pengukur dicipta secara simetri supaya gangguan tidak berlaku. Dalam sensor, sambungan adalah tidak simetri, rintangan petunjuk dan kes disambungkan sedemikian rupa sehingga penebat plat luar diperolehi. Untuk mencapai hasil yang diingini, meter perlu dibuat daripada bilangan ganjil bahan yang digunakan dalam proses. Unsur-unsur ditekan pada penguat melalui lubang di bahagian tengah dan melalui penebat yang diskrukan pada bekas.
Ciri peranti pengukur getaran
Untuk meningkatkan sensitiviti peranti pengukur, perlu menggunakan elemen piezoelektrik modulus tinggi. inibahan diletakkan selari dalam satu baris dan disambungkan dengan gasket logam dan plat. Untuk kesan yang sama, bahan yang berfungsi pada lenturan masih boleh digunakan. Walau bagaimanapun, ia adalah frekuensi rendah dan lebih rendah daripada mekanik mampatan.
Bahan boleh menjadi bimorf, ia biasanya dikumpulkan secara bersiri atau selari, semuanya bergantung pada paksi yang terletak secara positif. Sebagai peraturan, ini adalah dua plat. Jika lapisan neutral diambil kira, tindanan yang diperbuat daripada logam dengan ketebalan purata boleh digunakan dan bukannya elemen piezoelektrik.
Untuk mengukur isyarat yang bergerak cukup perlahan, lakukan perkara berikut:
- transduser piezoelektrik disertakan dalam pengayun;
- kristal berada pada frekuensi resonans;
- sebaik sahaja beban berlaku, penunjuk akan berubah.
Hari ini, pecutan piezo ialah peranti lanjutan yang boleh menjadi frekuensi tinggi, dengan sensitiviti yang kuat.
Sumber tenaga alternatif melalui penukar
Salah satu cara penjanaan elektrik yang terkenal dan tidak habis-habis ialah tenaga gelombang. Stesen sedemikian dipasang terus dalam persekitaran akuatik. Fenomena ini dikaitkan dengan sinaran matahari, yang memanaskan jisim udara, yang disebabkan oleh gelombang yang timbul. Aci fenomena ini mempunyai keamatan tenaga, yang ditentukan oleh kekuatan angin, lebar bahagian hadapan udara, tempoh tiupan.
Nilai mungkin turun naik dalam air cetek atau mencapai 100 kW semeter. Penukar tenaga gelombang piezoelektrik berfungsi mengikut prinsip tertentu. Paras air meningkat melalui gelombang, dalam proses itu udara diperah keluar dari kapal. Aliran itu kemudiannya dilalui oleh turbin undur. Unit berputar ke arah tertentu, tanpa mengira pergerakan ombak.
Peranti ini mempunyai ciri positif. Sehingga hari ini, penambahbaikan reka bentuk tidak diramalkan, kerana kecekapan dan prinsip operasi telah terbukti dalam semua cara yang sedia ada. Dalam proses kemajuan teknologi, stesen terapung mungkin dibina.
Transduser piezoelektrik ultrasonik
Peranti ini direka bentuk sedemikian rupa sehingga ia tidak memerlukan tetapan tambahan. Ia dilengkapi dengan blok memori, yang memberikan hasil teknikal. Merujuk kepada alat kawalan dan pengukur. Peranti sedemikian berbeza dalam jenis, ciri teknikal, yang disusun berdasarkan data reka bentuk dan tujuan dengan ralat yang minimum. Semua keperluan dipertimbangkan berdasarkan reka bentuk.
Untuk semua peranti sedemikian, skema penciptaan standard disediakan: pengesan kecacatan, perumah, elektrod, elemen utama yang diikat pada tapak, teras, kerajang dan bahan lain. Transduser piezoelektrik ultrasonik ialah model utiliti. Ia membolehkan anda menerima data terus menggunakan bunyi yang dipasang pada dasar peranti.
Aplikasi transduser Piezo
Peranti dengankesan langsung digunakan dalam instrumen yang mengukur daya, tekanan, pecutan. Mereka mempunyai tahap kekerapan dan kekerasan yang tinggi. Radas dengan maklum balas digunakan dalam getaran ultrasonik, penukaran tegasan kepada ubah bentuk, mengimbangi. Jika kedua-dua kesan diambil kira pada masa yang sama, maka pilihan ini sesuai untuk piezoresonator yang menukar satu jenis tenaga kepada yang lain dengan agak cepat.
Peranti positif, disambungkan ke arah bertentangan, beroperasi pada ayunan automatik dan digunakan dalam penjana. Skop aplikasinya adalah luas, kerana ia mempunyai kestabilan yang tinggi apabila dibuat dengan betul. Selalunya, beberapa resonator piezo digunakan untuk mencapai kesan yang diingini dan mendapatkan maklumat yang betul.
Kelemahan penukar
Peranti ini mempunyai sejumlah besar aspek positif. Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai ciri negatif:
- rintangan keluaran - maksimum;
- litar dan kabel pengukur mesti dibuat berdasarkan keperluan dan garis panduan yang ketat.
Pengiraan transduser piezoelektrik pada mulanya memperoleh formula persamaan untuk frekuensi resonans: Fp =0.24 ·c·. Ketebalan plat: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Ciri-ciri tenaga dikira seperti berikut: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
