Piezoelektrični pretvornik: svrha i primjena

Ovi pretvarači pripadaju podskupini onih generatora, električnih naboja akumuliraju se mehanikom. Kao rezultat toga, razlikuje se sljedeći odnos: Q = dmiddot- P. U ovom slučaju d je piezomodul, a P je napor. Tipično, materijal je kvarc, turmalin, mješavina žarenja, barija, olova. Za izradu piezoelektričnog pretvornika, potrebno je koristiti krugove opterećenja: kompresiju, savijanje, smicanje, istezanje.

Izravni i obrnuti piezoelektrični učinak

Za izravni učinak, tipično je sljedeće: kristalni materijal koji se koristi oblikuje rešetku zbog napunjenih iona raspoređenih u određenom redoslijedu. U tom procesu, za razliku od čestica izmjenjuju se i proizvode međusobnu kompenzaciju, što rezultira električnom neutralnošću. Kristali imaju značajke koje su označene kako slijedi:

• simetrija s obzirom na os;
• uzimajući u obzir prethodni oblik, pojavljuje se rešetka s ionima, koje se izmjenjuju i otkazuju.

Ako je materijal korišten u procesu usmjeren na silu F_x, onda se deformira, udaljenost između pozitivnih i negativnih naboja mijenja, a smjer u dotičnoj os elektrificiran je. Sve je to izraženo u formuli q = d₁₁F_x i proporcionalna sili. Koeficijent je povezan s tvarom i njegovim stanjem, nazvanim piezoelektričnim modulom. Indeksi određuju snagu i rub, ali ako se promijeni smjer, učinak će biti drugačiji.

Piezoelektrični pretvarač u izravnom procesu elektrifizira kristale pod utjecajem vanjskih sila. Ovaj učinak proizlazi iz utjecaja tvari koje su električne. Da biste napravili mjerne instrumente, trebat će vam kvarcni kristali. To jest, načelo piezoelektričnog pretvornika je sljedeće: s izravnim učinkom, učinak se vrši mehanikom, a kada dođe do obrtaja, kristali se deformiraju.

Dodatni piezoelektrični učinci

Kristal može biti polariziran kada se na ploču nanose sile na X, Y. Ako je sila F_x, onda se pojavljuje uzdužni učinak, i kada je F_y - poprečno, s F_zoptužbe ne proizlaze. Kvarcni kristal nalazi se na tri osi koordinata. Za korištenje piezoelektričnog mjerni pretvornici, Potrebno je izrezati tanjur, što će ukazivati ​​na učinak. Ima sljedeće opise:

• visoka čvrstoća;
• napon je dopušten do 10⁸ N / m², zahvaljujući tome moguće su velike mjerljive sile;
• krutost i elastičnost;
• minimalno trenje unutar;
• stabilnost koja se ne mijenja;
• maksimalni faktor kvalitete proizvedenog materijala.

Kvarcne ploče koriste se samo u pretvaračima koji mjere pritisak i silu. S obzirom na tvrdoću materijala je teško rukovati, tako da stvara jednostavan oblik. Modul je konstantan pri nepromijenjenoj temperaturi. Ako se povećava, tada se u ovom slučaju modul smanjuje. Piezoelektrična svojstva nestaju na temperaturi od 573 stupnja Celzijusa.

Opis uređaja i mjernih krugova

Pretvornik piezoelektričnog tlaka ima sljedeću strukturu:

• membrana koja je dno ljuske;
• vanjski poklopac je uzemljen, a sredina izolirana kvarcem;
• ploče imaju visoku otpornost, spojene paralelno;
• Folija i unutarnja jezgra kabela pričvršćene su u rupu zatvorenom poklopcem.

Izlazna snaga je minimalna, stoga je osigurano pojačalo s visokim otporom. U stvari, napon ovisi o kapacitetu ulaznog kruga. Karakteristike pretvornika pokazuju osjetljivost i kapacitet. Uglavnom, ova naplata i izvedba uređaja. Ukoliko ukupno izračunate, dobivate sljedeću izlaznu snagu: S_q= q / F ili U_xx = d₁₁middot-F / C_o.

Kako bi se produžio frekvencijski raspon, potrebno je povećati izmjerene niske varijable prema konstantnom vremenskom lancu. Takvo djelovanje se lako postiže uključivanjem kondenzatora, koji se nalaze paralelno s uređajem. Istina je da će se izlazni napon smanjiti. Otpornost koja je povećana proširit će raspon bez gubitka osjetljivosti. Ali za njegovo povećanje potrebne su bolje izolacijske kvalitete i pojačala s visokim impedancijskim ulazom.

Opis mjernih krugova

Specifične i površinske otpore određuju svoje, a glavni sastojak za kvarc je veći, tako da piezoelektrični pretvornik mora biti zapečaćen. Kao rezultat toga, kvaliteta se povećava, a površina je zaštićena od vlage i prljavštine. Mjerni krugovi senzora stvoreni su kao visokoučinkoviti pojačala, koji su bili utemeljeni na izlaznoj fazi tranzistora s poljem i neprekidnim pojačalom s upravljačkim uređajem. Napon ide na ulaz i izlaz.

Međutim, u ovom zastarjelom piezoelektričnom pretvorniku bilo je nedostataka:

• ovisnost izlaznog napona i osjetljivost s obzirom na volumen senzora;
• Nestabilni kapacitet, koji varira zbog temperaturnih uvjeta.

Napon pojačala i osjetljivost određuju se dopuštenom pogreškom, ako je uključen stabilan volumen C₁. Formula: y_a = (Delta-C_o+ Delta-C_k) / (C_o+C_k+C₁). Nakon transformacije dobivamo: S = U_bx/ F. Ako se koeficijent povećava, odnosno, ove varijable povećavaju. Za mjerni krug je tipičan:

• stalna vremenska linija;
• Otpornost R je određena ulaznim dobitkom, izolacijom senzora, kabela i R₃;
• MIS tranzistori su jači od terenskih uređaja, ali imaju visoku razinu buke;
• R₃ stabilizira napon, vrijednost se izračunava kao _~ 10¹¹ Ohma.

Analizirajući posljednju varijablu, možemo pretpostaviti da je konstanta vremensku liniju Sljedeće: t le-1c. Danas se uređaji mogu koristiti s naponskim pojačalima piezoelektrični senzori za naplatu.

Prednosti značajki uređaja

Piezoelektrični pretvarač ima sljedeće prednosti:

• jednostavnost strukturne montaže;
• ukupne dimenzije;
• pouzdanost;
• transformacija mehaničkog naprezanja u električni naboj;
• Varijable koje se mogu brzo mjeriti.

U slučaju materijala poput kvarca, koji je blizu idealanog stanja tijela, transformacija mehanike u električni naboj je moguća uz minimalnu pogrešku od -4 do -6. Međutim, razvoj visoke preciznosti tehnologije je poboljšala sposobnost da ostvari točnost bez gubitka. Kao rezultat, može se zaključiti da su ti piezoelektrični pretvornici najprikladniji za sile, tlak i druge mjerne elemente.

PEP ubrzanja ima sljedeću konstrukciju:

• svi materijali su pričvršćeni na bazu titana;
• dva istodobno prebačena piezoelektrična elementa kvarca;
• inercijska masa visoke gustoće dizajnirana je za minimalne dimenzije;
• uklanjanje signala pomoću mjedene folije;
• ona je zauzvrat spojena na kabel koji je lemljen;
• Osjetnik je zatvoren poklopcem koji je pričvršćen na podnožju;
• Za pojačanje mjerača na objektu, izrežite nit.

Unatoč masi, senzor je prilično stabilan i gust. Radi u rasponu od 150 m / s².

Dizajniranje konvertera

Ako je potrebno napraviti senzor akcelerometra, važno je pravilno priključiti piezoelektrične ploče na bazu. Ova se radnja vrši lemljenjem. Kabel mora zadovoljavati sljedeće uvjete:

• otpornost na izolaciju mora biti visoka;
• Zaslon se nalazi pored stambenog prostora;
• Anti-vibracijski;
• fleksibilnost.

To jest, unos pojačala ne bi trebao biti potresen kabel. Mjerni krug je stvoren simetrično, tako da nema smetnji. U senzoru je veza asimetrična, otpor priključaka i kućišta priključen je na takav način da se dobiju vanjske ploče. Da bi se postigao željeni rezultat, mjerač se mora izvoditi iz neparnog broja materijala koji se koriste u postupku. Elementi su pritisnuti prema pojačalu kroz rupe u središnjem dijelu i kroz izolatore koji su pričvršćeni na tijelo.

Značajke uređaja koji mjere vibracije

Da bi se povećala osjetljivost mjernog uređaja, potrebno je koristiti piezoelemente s visokim modulom. Ovaj materijal postavljen je paralelno u nizu i spojen je metalnim brtvilima i pločama. Za ovaj efekt, tvari koje rade na savijanju i dalje se mogu koristiti. Međutim, oni imaju nisku frekvenciju i slabiji su od kompresijske mehanike.

Materijal može biti bimorphous, obično se skuplja u nizu ili paralelno, sve ovisi o pozitivno smještenim osi. U pravilu, to su dvije ploče. Ako uzmete u obzir neutralni sloj, a zatim iznad njega, umjesto piezoelementa, može se koristiti ploča od metala prosječne debljine.

Za mjerenje signala koji se dovoljno sporo kreću, trebate učiniti sljedeće:

• piezoelektrični pretvornik je ugrađen u autogenerator;
• kristal je na rezonantnoj frekvenciji;
• Čim se pojavi opterećenje, pokazatelji će se promijeniti.

Danas su piezo-akcelerometri napredni instrumenti koji mogu biti visoke frekvencije, s jakom osjetljivošću.

Alternativni izvor energije putem pretvarača

Jedno od poznatih i neiscrpnih sredstava dobivanja električne energije je energija valova. Takve postaje se postavljaju izravno u vodeni okoliš. Taj je fenomen povezan s sunčevim zračenjima koja zagrijavaju mnoštvo zraka zbog čega nastaju valovi. Osovina ovog fenomena ima jačinu energije, koju određuje snaga vjetra, širina zračnih fronta, trajanje udara.

Vrijednost može varirati u plitkoj vodi ili doseći 100 kW po metru. Piezoelektrični pretvarač energije energije djeluje u skladu s određenim principom. Razina vode raste kroz val, u procesu se zrak izbaci iz posude. Tada se struja prolaze kroz reverzibilnu turbinu. Jedinica se okreće u određenom smjeru, bez obzira na kretanje valova.

Ovaj uređaj ima pozitivnu osobinu. Do danas se ne predviđa poboljšanje dizajna, jer se učinkovitost i načelo rada dokazuju svi postojeći načini. U procesu tehnološkog napretka može se graditi plutajuće stanice.

Ultrazvučni piezoelektrični pretvornik

Ovaj je uređaj dizajniran na takav način da ne zahtijeva dodatne postavke. Opremljen je memorijskim blokom koji daje tehnički rezultat. Odnosi se na instrumentaciju. Takvi uređaji razlikuju se po tipu, tehničkim svojstvima, koji se sastavljaju na temelju podataka o dizajnu i dizajnu s minimalnim pogreškama. Svi zahtjevi se uzimaju u obzir na temelju dizajna.

Za sve takav uređaj pruža standardni shema osnovana: mana tijelo, elektrode, čiji je glavni element vezan na osnovni žice, folije i drugih materijala. Ultrazvučni piezoelektrični pretvornik je koristan model. Omogućuje vam izravno primanje podataka sa zvukom instaliranim na dnu uređaja.

Područja primjene piezoelektričnog pretvornika

Uređaji s izravnim učinkom koriste se u uređajima koji mjere snagu, tlak, ubrzanje. Oni imaju visoku razinu frekvencije i krutosti. Uređaji s povratnom vezom koriste se u ultrazvučnoj vibraciji, transformaciji stresa u deformaciju, balansiranje. Ako se oba učinka istodobno uzmu u obzir, ova je opcija pogodna za piezoresonatore, koji pretvaraju jednu vrstu energije u drugu vrlo brzo.

Pozitivni uređaji, uključeni u obrnutom smjeru, djeluju na automatskim oscilacijama i koriste se u generatorima. Područje njihove primjene je opsežno, jer imaju visoku stabilnost kada su pravilno izrađeni. Često se koriste nekoliko piezoresonatorski za postizanje željenog učinka i dobivanje točnih informacija.

Nedostaci pretvarača

U tim uređajima postoji veliki broj pozitivnih strana. Međutim, oni također imaju negativne značajke:

• izlazni otpor je maksimalan;
• Mjerni krugovi i kabeli moraju biti izrađeni na temelju strožih zahtjeva i preporuka.

Izračun piezoelektričnog pretvornika inicijalno dobiva formulu jednadžbe za rezonantnu frekvenciju: F_p= 0,24 middot-cmiddot-. Debljina ploče: h = F_p middot-² / 0,24 middot-c = 35 middot- 10³ middot- 25 middot- 10^-6/ 0,24 middot- 2900 = 1,257 middot- 10^-3m. Energetske karakteristike izračunavaju se na sljedeći način: W_ak = W_ak.ud middot-S = 40 middot- 4.53 middot- 10^-3.