Aceste convertoare aparțin unui subgrup de generatoare, se bazează pe sarcini electrice acumulate mecanic. Ca urmare, se distinge următoarea relație: Q=d P. În acest caz, d este modulul piezoelectric, iar P este forța. De regulă, materialul este cuarț, turmalină, amestecuri de recoacere, bariu, plumb. Pentru a proiecta un traductor piezoelectric, este necesar să folosiți modele de încărcare: compresie, încovoiere, forfecare, tensiune.
Efect piezoelectric direct și invers
Efectul direct se caracterizeaza prin urmatoarele: materialul cristalin folosit formeaza o retea datorita ionilor incarcati dispusi intr-o anumita ordine. În acest proces, particulele diferite alternează și se compensează reciproc, rezultând neutralitate electrică. Cristalele au caracteristici care sunt indicate după cum urmează:
- simetrie în raport cu axa;
- având în vedere vederea anterioară, apare o rețea cu ioni care alternează și compensează.
Dacă materialul folosit în proces este direcționat către forța Fx, atuncieste deformată, distanța dintre sarcinile pozitive și negative se modifică, iar direcția pe axa dată este electrificată. Toate acestea sunt exprimate în formula q=d11Fx și sunt proporționale cu forța. Coeficientul este asociat cu substanța și starea acesteia, are un nume - modulul piezoelectric. Indicii sunt determinați de forță și margine, dar dacă schimbați direcția, efectul va fi diferit.
Traductorul piezoelectric în procesul direct electrizează cristalele sub influența forțelor externe. Acest efect apare sub influența unor substanțe care sunt electricieni. Pentru a face instrumente de măsură, veți avea nevoie de cristale de cuarț. Adică, principiul de funcționare al traductorului piezoelectric este următorul: cu efect direct, acțiunea se realizează prin mecanică, iar invers, cristalele sunt deformate.
Efecte piezo suplimentare
Cristalul poate fi polarizat atunci când placa este supusă forțelor pe axele X, Y. Fy – transversal, cu Fz nu se percep taxe. Cristalul de cuarț este situat pe trei axe de coordonate. Pentru a utiliza traductoare piezoelectrice, este necesar să tăiați o placă care să indice efectul. Are următoarea descriere:
- rezistență mare;
- tensiune permisă până la 108 N/m2, prin urmare sunt posibile forțe mari măsurabile;
- rigiditate și elasticitate;
- frecare minimă în interior;
- stabilitate,care nu se schimbă;
- Factor de calitate maxim al materialului fabricat.
Plăcile de cuarț sunt folosite numai la traductoarele care măsoară presiunea și forța. Având în vedere duritatea materialului, este dificil de prelucrat, așa că din acesta se creează o formă simplă. Modulul este constant la o temperatură constantă. Dacă crește, atunci în acest caz există o scădere a modulului. Proprietățile piezoelectrice dispar la 573 de grade Celsius.
Descrierea dispozitivului și a circuitelor de măsurare
Traductorul de presiune piezoelectric are următoarea structură:
- membrană, care este partea de jos a carcasei;
- căptușeala exterioară este împămânțată, iar cea din mijloc este izolată cu cuarț;
- plăcile au rezistență mare, conectate în paralel;
- folia și miezul interior al cablului sunt fixate într-un orificiu închis de un capac.
Puterea de iesire este minima, in acest sens este prevazut un amplificator cu o rezistenta mare. În esență, tensiunea depinde de capacitatea circuitului de intrare. Caracteristicile traductorului indică sensibilitatea și capacitatea. Practic, acesta este indicatorii de încărcare și proprii dispozitivului. Dacă se calculează în total, se va obține următoarea putere de ieșire: Sq =q/F sau Uxx=d11 F/Co.
Pentru a extinde domeniul de frecvență, este necesar să creșteți variabilele joase măsurate către un circuit de timp constant. Este ușor să faceți acest lucru pornindcondensatoare care sunt amplasate în paralel cu dispozitivul. În acest caz, totuși, tensiunea de ieșire va scădea. Rezistența care a fost crescută va extinde domeniul fără pierderea sensibilității. Dar pentru a-l crește, sunt necesare calități de izolare îmbunătățite și amplificatoare cu o intrare de în altă rezistență.
Descrierea circuitelor de măsurare
Rezistența specifică și de suprafață le determină pe cont propriu, iar componenta principală pentru cuarț este mai mare, astfel încât traductorul piezoelectric trebuie etanșat. Ca urmare, calitatea este îmbunătățită și suprafața este protejată de umiditate și murdărie. Circuitele de măsurare a senzorilor au fost create ca amplificatoare de în altă rezistență, care se bazau pe o etapă de ieșire a tranzistorului cu efect de câmp și un amplificator neinversător cu un dispozitiv operațional. Tensiunea este furnizată la intrare și la ieșire.
Totuși, acest traductor piezoelectric învechit avea defecte:
- dependența tensiunii de ieșire și a sensibilității în raport cu volumul senzorului;
- capacitate instabilă care se modifică din cauza condițiilor de temperatură.
Tensiunea amplificatorului și sensibilitatea sunt determinate de eroarea admisă, dacă volumul stabil inclus este suplimentat cu C1. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). După transformare obținem: S=Ubx/F. Dacă coeficientul crește, respectiv, și aceste variabile cresc. Circuitul de măsurare este caracterizat prin:
- cronologie constantă;
- rezistența R este determinată de câștigul de intrare, izolarea senzorilor, cablurilor și R3;
- MOS sunt mai puternice decât dispozitivele de câmp, dar au un nivel ridicat de zgomot;
- R3 stabilizează tensiunea, valoarea acesteia este calculată ca ~ 1011 Ohm.
Tranzistoarele
Analizând ultima variabilă, putem presupune că linia de timp constantă este următoarea: t ≦ 1c. Dispozitivele de astăzi pot folosi senzori piezoelectrici cu amplificatoare de tensiune pentru a încărca.
Avantajele dispozitivului
Traductorul piezoelectric are următoarele avantaje:
- asamblare structurală ușoară;
- dimensiuni;
- fiabilitatea;
- conversia tensiunii mecanice în sarcină electrică;
- variabile care pot fi măsurate rapid.
În cazul unui material precum cuarțul, care este aproape de starea ideală a corpului, transformarea mecanicii într-o sarcină electrică este posibilă cu o eroare minimă de -4 la -6. Cu toate acestea, dezvoltarea tehnologiei de în altă precizie a îmbunătățit capacitatea de a realiza acuratețe fără pierderi. Drept urmare, putem concluziona că acești traductoare piezoelectrice sunt cele mai potrivite pentru măsurarea forțelor, presiunii și a altor elemente.
Accelerația PET are următoarea structură:
- toate materialele sunt atașate la baza de titan;
- două elemente piezoelectrice pornite simultandin cuarț;
- masă inerțială de în altă densitate concepută pentru dimensiuni minime;
- eliminarea semnalului cu folie de alamă;
- ea, la rândul său, este conectată la un cablu care este lipit;
- senzor acoperit de un capac înșurubat în bază;
- pentru a fixa contorul pe obiect, tăiați firul.
În ciuda masei, senzorul este destul de stabil și dens. Funcționează la 150 m/s2.
Caracteristicile de proiectare ale convertoarelor
Dacă este necesară fabricarea unui senzor de accelerometru, este important să atașați corect plăcile piezo-detectore la bază. Această acțiune se realizează prin lipire. Cablul trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:
- rezistența de izolare ar trebui să fie mare;
- ecranul este plasat lângă camera de zi;
- anti-vibrații;
- flexibilitate.
Adică, cablul nu trebuie scuturat la intrarea amplificatorului. Circuitul de măsurare este creat simetric, astfel încât să nu apară interferențe. In senzor, conexiunea este asimetrica, rezistenta cablurilor si carcasa este conectata in asa fel incat sa se obtina izolarea placilor exterioare. Pentru a obține rezultatul dorit, contorul trebuie să fie fabricat dintr-un număr impar de materiale care sunt utilizate în proces. Elementele sunt presate pe amplificator prin orificii din partea centrală și prin izolatoare care sunt înșurubate pe carcasă.
Caracteristici ale dispozitivelor de măsurare a vibrațiilor
Pentru a crește sensibilitatea dispozitivului de măsurare, este necesar să folosiți elemente piezoelectrice cu modul în alt. Acestmaterialul este așezat în paralel într-un rând și conectat cu garnituri și plăci metalice. Pentru un efect similar, substanțele care lucrează la îndoire pot fi încă folosite. Cu toate acestea, sunt de joasă frecvență și inferioare mecanicii de compresie.
Materialul poate fi bimorf, de obicei este colectat în serie sau în paralel, totul depinde de axele poziționate pozitiv. De regulă, acestea sunt două plăci. Dacă se ține cont de stratul neutru, în locul unui element piezoelectric se poate folosi o suprapunere din metal cu o grosime medie.
Pentru a măsura semnale care se mișcă suficient de încet, procedați în felul următor:
- traductor piezoelectric inclus în oscilator;
- cristal este la frecvența de rezonanță;
- de îndată ce apare încărcarea, indicatorii se vor schimba.
Astăzi, accelerometrele piezo sunt dispozitive avansate care pot fi de în altă frecvență, cu sensibilitate puternică.
Sursă alternativă de energie prin convertoare
Unul dintre renumitele și inepuizabile mijloace de generare a energiei electrice este energia valurilor. Asemenea stații sunt montate direct în mediul acvatic. Acest fenomen este asociat cu razele solare, care încălzesc masa de aer, din cauza cărora apar unde. Axul acestui fenomen are o intensitate energetică, care este determinată de puterea vântului, lățimea fronturilor de aer, durata rafalelor.
Valoarea poate varia în ape puțin adânci sau poate ajunge la 100 kW pe metru. Convertorul piezoelectric de energie unde funcționează după un anumit principiu. Nivelul apei se ridică cu ajutorul unui val, în acest proces aerul este stors din vas. Fluxurile sunt apoi trecute prin intermediul unei turbine inversoare. Unitatea se rotește într-o anumită direcție, indiferent de mișcarea undelor.
Acest dispozitiv are o caracteristică pozitivă. Până în prezent nu este prevăzută îmbunătățirea designului, deoarece eficiența și principiul de funcționare au fost dovedite în toate modurile existente. În procesul de progres tehnologic, pot fi construite stații plutitoare.
Transductor piezoelectric cu ultrasunete
Acest dispozitiv este proiectat astfel încât să nu necesite setări suplimentare. Este echipat cu un bloc de memorie, care dă rezultatul tehnic. Se referă la dispozitivele de control și măsurare. Astfel de dispozitive diferă în ceea ce privește tipul, caracteristicile tehnice, care sunt compilate pe baza datelor de proiectare și scop, cu erori minime. Toate cerințele sunt luate în considerare pe baza designului.
Pentru toate astfel de dispozitive, este prevăzută o schemă de creare standard: un detector de defecte, o carcasă, electrozi, elementul principal care este fixat pe bază, un miez, folie și alte materiale. Un traductor piezoelectric cu ultrasunete este un model de utilitate. Vă permite să primiți date direct folosind sunetul instalat pe baza dispozitivului.
Aplicații cu traductoare piezo
Dispozitive cuefectul direct sunt utilizați în instrumentele care măsoară forța, presiunea, accelerația. Au un nivel ridicat de frecvență și duritate. Aparatul cu feedback este utilizat în vibrațiile ultrasonice, conversia stresului în deformare, echilibrare. Dacă ambele efecte sunt luate în considerare în același timp, atunci această opțiune este potrivită pentru piezorezonatoarele care convertesc destul de repede un tip de energie în altul.
Dispozitivele pozitive, conectate în sens opus, funcționează pe oscilații automate și sunt folosite în generatoare. Sfera de aplicare a acestora este extinsă, deoarece au stabilitate ridicată atunci când sunt create corect. Adesea, mai multe rezonatoare piezo sunt folosite pentru a obține efectul dorit și a obține informațiile corecte.
Dezavantajele convertoarelor
Aceste dispozitive au un număr mare de aspecte pozitive. Cu toate acestea, au și caracteristici negative:
- rezistenta de iesire - maxim;
- circuitele și cablurile de măsurare trebuie create pe baza cerințelor și a liniilor directoare stricte.
Calculul traductorului piezoelectric derivă inițial formula ecuației pentru frecvența de rezonanță: Fp =0,24 ·c·. Grosimea plăcii: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Caracteristicile energetice sunt calculate după cum urmează: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
