Selectorul piezoelectric: scopul și aplicarea

Acești convertoare aparțin unui subgrupgenerator, în baza lor cu ajutorul mecanicii se acumulează încărcături electrice. Ca rezultat, izolat următoarea relație: Q = d · P. În acest caz, d este piezomodulus și P - forță. De obicei, materialul acționează ca cuarț, turmalina, amestec de recoacere, bariu, plumb. Pentru a proiecta un transductor piezoelectric, este necesar să se utilizeze circuitul de sarcină: compresiune, încovoiere, forfecare, întindere.

Efect piezoelectric direct și invers

Efectul direct se caracterizează prin următoarele: Materialul de cristal folosit formează o rețea datorită 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 este electrificată pe axa dată. Toate acestea sunt exprimate în formula q = d₁₁F_x și este proporțională cu forța. Coeficientul este legat de substanță și de starea sa, numită modulul piezoelectric. Indicii sunt determinați de puterea și marginea, dar dacă direcția este schimbată, efectul va fi diferit.

Traductor piezoelectric cu direcție directăprocesul 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 piezo suplimentare

Cristalul poate fi polarizat când forțele pe axele X, Y sunt aplicate pe placă. Dacă forța F acționează_x , atunci apare efectul longitudinal și când F_y - transversal, cu F_z taxele nu au loc. Cristalul de cuart este situat pe trei axe de coordonate. Pentru a utiliza traductoarele piezoelectrice, este necesar să tăiați o placă care indică efectul. Are următoarea descriere:

• rezistență ridicată;
• tensiunea este permisă până la 10⁸ N / m²datorită 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 fabricat.

Plăcile de cuart sunt utilizate numai înconvertoare care măsoară presiunea și forța. Având în vedere duritatea materialului este dificil de procesat, deci din ea se creează o formă simplă. Modulul este constant la o temperatură constantă. 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 partea inferioară a carcasei;
• căptușeala este legată la exterior, iar mijlocul este izolat cu cuarț;
• plăcile au rezistență ridicată, sunt conectate în paralel;
• folia și miezul interior al cablului sunt fixate în gaura închisă de capac.

Puterea de ieșire este minimă, datorită acestui faptfurnizați un amplificator cu rezistență ridicată. De fapt, tensiunea depinde de capacitatea circuitului de intrare. Caracteristicile traductorului indică sensibilitatea și capacitatea. În principiu, este vorba de încărcarea și indicatorii proprii ai dispozitivului. Dacă calculăm totalul, obținem următoarea putere de ieșire: S_q = q / F sau U_xx = d₁₁· F / C_o.

Pentru a prelungi intervalul de frecvență, trebuiemăsurarea variabilelor joase crește în direcția lanțului de timp constant. O astfel de acțiune este ușor de implementat prin includerea condensatoarelor care sunt aranjate în paralel cu dispozitivul. Este adevărat că tensiunea de ieșire va scădea. Rezistența care a fost crescută va extinde intervalul fără a pierde sensibilitatea. Dar pentru a le îmbunătăți, sunt necesare calități îmbunătățite de izolare și amplificatoare cu înaltă impedanță.

Descrierea circuitelor de măsurare

Rezistența specifică și a suprafețeiproprii, iar componenta principală pentru cuarț este mai mare, astfel încât traductorul piezoelectric trebuie să fie etanșat. Ca urmare, calitățile sunt îmbunătățite, iar suprafața este protejată de umiditate și murdărie. Circuitele de măsurare a senzorilor au fost create ca amplificatoare cu înaltă impedanță, care s-au bazat pe tranzistor tranzistor cu efect de câmp și amplificator neinversiv cu un dispozitiv de operare. Tensiunea este alimentată la intrare și ieșire.

Totuși, acest traductor piezoelectric învechit a avut dezavantaje:

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

Tensiunea și sensibilitatea amplificatorului sunt determinate de eroarea admisă, dacă adăugăm volumul stabil stabilit C₁. Formula: y_s = (ΔC_o + ΔC_k) / (C_o+ C_k + C₁). După conversie obținem: S = U_bx/ F. Dacă crește coeficientul respectiv, iar aceste variabile cresc. Pentru caracteristica circuitului de măsurare:

• constanta linie de timp;
• Rezistența R este determinată de câștigul de intrare, izolarea senzorilor, cablurilor și R₃;
• Tranzistoarele MOSFET 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, putețipresupunem că linia de timp constantă este după cum urmează: t ≤ 1c. Astăzi, dispozitivele pot utiliza senzori piezoelectrici pentru a încărca amplificatoarele de tensiune.

Caracteristici avantajoase ale dispozitivelor

Traductorul piezoelectric are următoarele avantaje:

• simplitatea asamblării constructive;
• dimensiuni globale;
• fiabilitate;
• mecanismul de conversie a tensiunii în sarcina electrică;
• variabile care pot fi măsurate rapid.

În cazul unui material precum cuarțul, careaproape de starea ideală a corpului, este posibilă transformarea mecanicii în sarcină electrică cu o eroare minimă de la -4 la -6. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei de înaltă precizie a îmbunătățit capacitatea de a realiza precizia fără pierderi. Ca rezultat, se poate concluziona că aceste traductoare piezoelectrice sunt cele mai potrivite pentru măsurarea forței, presiunii și a altor elemente.

Sonda de accelerație are următoarea structură:

• toate materialele sunt atașate la baza de titan;
• doi simultan au inclus elemente de cuart piezoelectrice;
• masa inerțială cu densitate mare este proiectată pentru dimensiuni minime;
• eliminarea semnalului prin folie de alamă;
• acesta, la rândul său, este conectat la cablul care este lipit;
• senzorul este închis cu un capac înșurubat pe bază;
• pentru a întări gabaritul obiectului, tăiați firul.

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

Caracteristici de proiectare ale convertoarelor

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

• rezistența la izolație trebuie să fie ridicată;
• ecranul este situat lângă clădirea rezidențială;
• Anti-vibrații;
• flexibilitate.

Asta înseamnă că intrarea amplificatorului nu trebuie făcutăagitând cablul. Circuitul de măsurare este creat simetric pentru a evita interferențele. În senzor, conexiunea este asimetrică, rezistența terminalelor și a carcasei este conectată astfel încât să se obțină izolarea plăcilor externe. Pentru a obține rezultatul dorit, contorul trebuie făcut dintr-un număr impar de materiale utilizate în proces. Elementele sunt apăsate pe amplificator prin orificiile din partea centrală și prin izolații care sunt înșurubați în carcasă.

Caracteristici ale instrumentelor de măsurare a vibrațiilor

Pentru a crește sensibilitatea măsurătorilordispozitiv, trebuie să aplicați elemente piezoelectrice cu modul înalt. Acest material este așezat în paralel într-un șir și legat de garnituri și plăci metalice. În acest sens, substanțele care lucrează în îndoire pot fi utilizate în continuare. Cu toate acestea, au o frecvență scăzută și sunt inferioare mecanicii de compresie.

Materialul poate fi bimorf, de obiceiasamblate în serie sau în paralel, totul depinde de axele poziționate. De regulă, acestea sunt două plăci. Dacă luăm în considerare stratul neutru, deasupra acestuia, în locul unui element piezoelectric, se poate folosi un tampon de metal cu o grosime medie.

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

• - traductorul piezoelectric inclus în oscilator;
• cristalul este la frecvența rezonantă;
• pe măsură ce se produce încărcarea, indicatorii se vor schimba.

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

Energie alternativă prin convertoare

Una dintre fondurile celebre și inepuizabileproducerea energiei electrice este energia undelor. Aceste stații sunt montate direct în mediul acvatic. Acest fenomen este asociat cu razele solare, care încălzesc masa aerului, creând astfel valuri. Arborele acestui fenomen are o intensitate energetică, determinată de puterea vântului, de lățimea frontelor de aer, de durata rafalelor.

Valoarea poate fluctua în apa puțin adâncă sauajunge la 100 kW pe metru. Convertorul de energie cu undă piezoelectrică funcționează conform unui anumit principiu. Nivelul apei se ridică prin val, în timpul procesului aerul este stors din vas. Apoi fluxurile sunt sarite de turbina inversa. Unitatea se rotește într-o anumită direcție, indiferent de mișcarea valurilor.

Această unitate are o caracteristică pozitivă. Până în prezent, îmbunătățirea designului nu este prevăzută, deoarece eficiența și principiul de funcționare au fost dovedite în toate modurile existente. În procesul de progres tehnic, este posibil ca stațiile plutitoare să fie construite.

Traductor piezoelectric ultrasonic

Acest dispozitiv este proiectat într-un mod care nu este necesarsetări suplimentare. Este echipat cu o unitate de memorie, care dă rezultatul tehnic. Se referă la instrumente. Aceste dispozitive diferă în funcție de tipul, caracteristicile tehnice, care sunt compilate pe baza datelor cu privire la proiectare și scop, cu erori minime. Toate cerințele se bazează pe design.

Pentru toate aceste dispozitive furnizateschema de creație standard: detector de defect, carcasă, electrozi, elementul principal, care este atașat la bază, miez, folie și alte materiale. Traductorul piezoelectric ultrasonic este un model util. Vă permite să recepționați date direct utilizând sunetul instalat pe baza dispozitivului.

Aplicații convertoare piezoelectrice

Sunt utilizate dispozitive cu efecte directe îninstrumente care măsoară forța, presiunea, accelerația. Au un nivel ridicat de frecvență și rigiditate. Aparatul cu feedback este utilizat în vibrațiile cu ultrasunete, transformând stresul în deformare, echilibrare. Dacă ambele efecte sunt luate în considerare în același timp, atunci această opțiune este potrivită pentru piezoresonatoare, care transformă destul de rapid un tip de energie în altul.

Dispozitive pozitive incluse în sens inversdirecție, funcționează pe oscilații automate și sunt utilizate în generatoare. Domeniul aplicării lor este extins, având o stabilitate ridicată la crearea corectă. Adesea, mai multe piezoresonatoare sunt folosite pentru a obține efectul dorit și a obține informații corecte.

Dezavantaje ale convertoarelor

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

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

Calculul traductorului piezoelectric afișează inițial ecuația pentru frecvența rezonantă: F_p = 0,24 · s ·. Grosimea plăcii: h = f_p · A² / 0,24; c = 35,10³ · 25 · 10^-6/ 0,24 · 2900 = 1,257 · 10^-3m. Caracteristicile energetice se calculează după cum urmează: W_ak = W_ak.ud · S = 40 · 4,53 · 10^-3.