Ang mga converter na ito ay nabibilang sa isang subgroup ng mga generator, ang mga ito ay nakabatay sa mekanikal na naipon na mga singil sa kuryente. Bilang resulta, ang sumusunod na relasyon ay nakikilala: Q=d P. Sa kasong ito, ang d ay ang piezoelectric modulus, at ang P ay ang puwersa. Bilang isang patakaran, ang materyal ay kuwarts, tourmaline, pagsusubo na mga mixtures, barium, lead. Para magdisenyo ng piezoelectric transducer, kinakailangang gumamit ng mga pattern ng pagkarga: compression, bending, shear, tension.
Direkta at reverse piezoelectric effect
Ang direktang epekto ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod: ang kristal na materyal na ginamit ay bumubuo ng isang sala-sala dahil sa mga naka-charge na ion na nakaayos sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Sa proseso, ang mga di-magkatulad na particle ay nagpapalit-palit at magkatumbas, na nagreresulta sa electrical neutrality. Ang mga kristal ay may mga tampok na nakasaad tulad ng sumusunod:
- symmetry na may kinalaman sa axis;
- isinasaalang-alang ang nakaraang view, may lalabas na sala-sala na may mga ion na pumapalit at pumapalit.
Kung ang materyal na ginamit sa proseso ay nakadirekta sa puwersa Fx, kung gayonay deformed, ang distansya sa pagitan ng mga positibo at negatibong singil ay nagbabago, at ang direksyon sa ibinigay na axis ay nakuryente. Ang lahat ng ito ay ipinahayag sa formula q=d11Fx at proporsyonal sa puwersa. Ang koepisyent ay nauugnay sa sangkap at estado nito, mayroon itong pangalan - ang piezoelectric module. Tinutukoy ang mga index ayon sa lakas at gilid, ngunit kung babaguhin mo ang direksyon, mag-iiba ang epekto.
Ang piezoelectric transducer sa direktang proseso ay nagpapakuryente sa mga kristal sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa. Ang epektong ito ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng mga sangkap na mga electrician. Upang makagawa ng mga instrumento sa pagsukat, kakailanganin mo ng mga kristal na kuwarts. Iyon ay, ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng piezoelectric transducer ay ang mga sumusunod: na may direktang epekto, ang pagkilos ay isinasagawa sa pamamagitan ng mekanika, at sa kabaligtaran, ang mga kristal ay nade-deform.
Mga karagdagang epekto ng piezo
Maaaring polarize ang Crystal kapag ang plate ay sumailalim sa pwersa sa X, Y axes. Fy – nakahalang, na may Fz walang singil. Ang quartz crystal ay matatagpuan sa tatlong coordinate axes. Upang magamit ang mga piezoelectric transducers, kinakailangan upang i-cut ang isang plato na nagpapahiwatig ng epekto. Mayroon itong sumusunod na paglalarawan:
- mataas na lakas;
- boltahe na pinapayagan hanggang 108 N/m2, kaya posible ang malalaking masusukat na puwersa;
- katigasan at pagkalastiko;
- minimal friction sa loob;
- katatagan,na hindi nagbabago;
- Maximum quality factor ng fabricated material.
Ang mga quartz plate ay ginagamit lamang sa mga transduser na sumusukat ng presyon at puwersa. Dahil sa katigasan ng materyal, mahirap itong iproseso, kaya isang simpleng hugis ang nilikha mula dito. Ang modulus ay pare-pareho sa isang pare-parehong temperatura. Kung ito ay tumaas, kung gayon sa kasong ito ay may pagbaba sa modyul. Ang mga katangian ng piezoelectric ay nawawala sa 573 degrees Celsius.
Paglalarawan ng device at mga circuit ng pagsukat
Piezoelectric pressure transducer ay may sumusunod na istraktura:
- membrane, na nasa ibaba ng case;
- ang panlabas na lining ay grounded, at ang gitna ay insulated ng quartz;
- mga plato ay may mataas na resistensya, konektado nang magkatulad;
- ang foil at ang panloob na core ng cable ay ikinakabit sa isang butas na sarado ng takip.
Ang output power ay minimal, sa bagay na ito, isang amplifier na may malaking resistensya ay ibinigay. Mahalaga, ang boltahe ay nakasalalay sa kapasidad ng input circuit. Ang mga katangian ng transduser ay nagpapahiwatig ng pagiging sensitibo at kapasidad. Karaniwan, ito ang singil at ang sariling mga tagapagpahiwatig ng device. Kung kalkulahin sa kabuuan, ang sumusunod na output power ay makukuha: Sq =q/F o Uxx=d11 F/Co.
Upang palawakin ang frequency range, kinakailangang taasan ang mga sinusukat na mababang variable patungo sa isang pare-parehong circuit ng oras. Madaling gawin ito sa pamamagitan ng pag-oncapacitors na matatagpuan sa parallel sa device. Sa kasong ito, gayunpaman, ang output boltahe ay bababa. Ang paglaban na nadagdagan ay lalawak ang saklaw nang walang pagkawala ng sensitivity. Ngunit para madagdagan ito, kailangan ang mga pinahusay na katangian ng isolation at amplifier na may mataas na resistensyang input.
Paglalarawan ng mga circuit ng pagsukat
Specific at surface resistance ang tumutukoy sa kanilang sarili, at ang pangunahing bahagi para sa quartz ay mas mataas, kaya ang piezoelectric transducer ay dapat na selyadong. Bilang resulta, ang kalidad ay napabuti at ang ibabaw ay protektado mula sa kahalumigmigan at dumi. Ang mga circuit ng pagsukat ng sensor ay ginawa bilang mga amplifier na may mataas na resistensya, na nakabatay sa isang field-effect transistor output stage at isang non-inverting amplifier na may operational device. Ang boltahe ay ibinibigay sa input at output.
Gayunpaman, ang lumang piezoelectric transducer na ito ay may mga depekto:
- dependence ng output voltage at sensitivity kaugnay sa volume ng sensor;
- hindi matatag na kapasidad na nagbabago dahil sa mga kondisyon ng temperatura.
Ang boltahe ng amplifier at ang sensitivity ay tinutukoy ng pinahihintulutang error, kung ang kasamang stable volume ay pupunan ng C1. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Pagkatapos ng pagbabago, nakukuha natin ang: S=Ubx/F. Kung ang koepisyent ay tumaas, ayon sa pagkakabanggit, at ang mga variable na ito ay tumaas. Ang circuit ng pagsukat ay nailalarawan sa pamamagitan ng:
- constant timeline;
- resistance R ay tinutukoy ng input gain, isolation ng mga sensor, cable, at R3;
- MOS transistor ay mas malakas kaysa sa mga field device ngunit may mataas na antas ng ingay;
- R3 ay nagpapatatag ng boltahe, ang halaga nito ay kinakalkula bilang ~ 1011 Ohm.
Ang
Ang
Pagsusuri sa huling variable, maaari nating ipagpalagay na ang pare-parehong linya ng oras ay ang mga sumusunod: t ≦ 1c. Ang mga device ngayon ay maaaring gumamit ng mga piezoelectric sensor na may mga amplifier ng boltahe para mag-charge.
Mga Kalamangan ng Device
Ang piezoelectric transducer ay may mga sumusunod na pakinabang:
- madaling structural assembly;
- dimensions;
- pagkakatiwalaan;
- pagpalit ng mekanikal na boltahe sa electrical charge;
- mga variable na mabilis na masusukat.
Sa kaso ng isang materyal tulad ng quartz, na malapit sa perpektong estado ng katawan, ang pagbabago ng mekanika sa isang electrical charge ay posible na may pinakamababang error na -4 hanggang -6. Gayunpaman, ang pag-unlad ng teknolohiyang may mataas na katumpakan ay nagpabuti ng kakayahang makamit ang walang pagkawalang katumpakan. Bilang resulta, maaari nating tapusin na ang mga piezoelectric transducers na ito ang pinakaangkop para sa pagsukat ng mga puwersa, presyon at iba pang elemento.
Ang
PET acceleration ay may sumusunod na istraktura:
- lahat ng materyales ay nakakabit sa titanium base;
- two sabay-sabay na na-on ang mga piezoelectric na elementomula sa kuwarts;
- high-density inertial mass na idinisenyo para sa pinakamababang sukat;
- pag-aalis ng signal na may brass foil;
- siya naman ay nakakonekta sa isang cable na ibinebenta;
- sensor na natatakpan ng takip na naka-screw sa base;
- para ayusin ang metro sa bagay, putulin ang sinulid.
Sa kabila ng masa, medyo stable at siksik ang sensor. Gumagana sa 150 m/s2.
Mga tampok ng disenyo ng mga nagko-convert
Kung kinakailangan na gumawa ng accelerometer sensor, mahalagang ikabit nang tama ang mga piezo-sensing plate sa base. Ang aksyon na ito ay isinasagawa sa pamamagitan ng paghihinang. Dapat matugunan ng cable ang mga sumusunod na kinakailangan:
- dapat mataas ang insulation resistance;
- nakalagay ang screen sa tabi ng sala;
- anti-vibration;
- flexibility.
Ibig sabihin, hindi dapat maalog ang cable sa input ng amplifier. Ang circuit ng pagsukat ay nilikha ng simetriko upang hindi mangyari ang interference. Sa sensor, ang koneksyon ay walang simetrya, ang paglaban ng mga lead at ang kaso ay konektado sa paraan na ang pagkakabukod ng mga panlabas na plato ay nakuha. Upang makamit ang ninanais na resulta, ang metro ay kinakailangang gawin mula sa isang kakaibang bilang ng mga materyales na ginagamit sa proseso. Ang mga elemento ay idinidiin laban sa amplifier sa pamamagitan ng mga butas sa gitnang bahagi at sa pamamagitan ng mga insulator na naka-screw sa case.
Mga tampok ng mga device sa pagsukat ng vibration
Upang mapataas ang sensitivity ng pagsukat na device, kailangang gumamit ng mataas na modulus piezoelectric na elemento. Itoang materyal ay inilatag nang magkatulad sa isang hilera at konektado sa mga metal na gasket at mga plato. Para sa katulad na epekto, maaari pa ring gamitin ang mga substance na gumagana sa pagyuko. Gayunpaman, ang mga ito ay mababa ang dalas at mas mababa sa compression mechanics.
Materyal ay maaaring maging bimorph, karaniwan itong kinokolekta sa serye o kahanay, ang lahat ay nakasalalay sa positibong lokasyon ng mga palakol. Bilang isang tuntunin, ito ay dalawang plato. Kung isasaalang-alang ang neutral na layer, maaaring gumamit ng overlay na gawa sa metal na may average na kapal sa halip na piezoelectric na elemento.
Upang sukatin ang mga signal na mabagal na gumagalaw, gawin ang sumusunod:
- piezoelectric transducer na kasama sa oscillator;
- kristal ay nasa resonant frequency;
- sa sandaling mangyari ang pag-load, magbabago ang mga indicator.
Ang
Ngayon, ang piezo accelerometers ay mga advanced na device na maaaring mataas ang frequency, na may malakas na sensitivity.
Alternatibong mapagkukunan ng enerhiya sa pamamagitan ng mga converter
Isa sa sikat at hindi mauubos na paraan ng pagbuo ng kuryente ay ang wave energy. Ang mga nasabing istasyon ay direktang naka-mount sa kapaligiran ng tubig. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nauugnay sa mga sinag ng araw, na nagpapainit sa masa ng hangin, dahil sa kung saan ang mga alon ay lumabas. Ang baras ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay may lakas ng enerhiya, na tinutukoy ng lakas ng hangin, ang lapad ng mga harapan ng hangin, ang tagal ng pagbugso.
Ang halaga ay maaaring magbago sa mababaw na tubig o umabot sa 100 kW bawat metro. Ang piezoelectric wave energy converter ay gumagana ayon sa isang tiyak na prinsipyo. Ang antas ng tubig ay tumataas sa pamamagitan ng isang alon, sa proseso ang hangin ay pinipiga sa labas ng sisidlan. Ang mga daloy ay dinadaanan ng isang reversing turbine. Ang unit ay umiikot sa isang tiyak na direksyon, anuman ang galaw ng mga alon.
May positibong katangian ang device na ito. Hanggang ngayon, ang pagpapabuti ng disenyo ay hindi hinulaang, dahil ang kahusayan at prinsipyo ng operasyon ay napatunayan sa lahat ng umiiral na mga paraan. Sa proseso ng pag-unlad ng teknolohiya, maaaring magtayo ng mga floating station.
Ultrasonic piezoelectric transducer
Idinisenyo ang device na ito sa paraang hindi ito nangangailangan ng mga karagdagang setting. Nilagyan ito ng memory block, na nagbibigay ng teknikal na resulta. Tumutukoy sa mga aparatong pangkontrol at pagsukat. Ang ganitong mga aparato ay naiiba sa uri, teknikal na mga katangian, na pinagsama-sama sa batayan ng disenyo at data ng layunin na may kaunting mga error. Isinasaalang-alang ang lahat ng kinakailangan batay sa disenyo.
Para sa lahat ng ganoong device, may ibinibigay na standard na scheme ng paggawa: flaw detector, housing, electrodes, ang pangunahing elemento na nakakabit sa base, core, foil at iba pang materyales. Ang isang ultrasonic piezoelectric transducer ay isang utility model. Nagbibigay-daan ito sa iyong makatanggap ng data nang direkta gamit ang tunog na naka-install sa base ng device.
Piezo transducer application
Mga device na mayAng direktang epekto ay ginagamit sa mga instrumentong sumusukat sa puwersa, presyon, acceleration. Mayroon silang mataas na antas ng dalas at kalupitan. Ang apparatus na may feedback ay ginagamit sa ultrasonic vibrations, ang conversion ng stress sa deformation, pagbabalanse. Kung ang parehong mga epekto ay isinasaalang-alang sa parehong oras, ang opsyon na ito ay angkop para sa mga piezoresonator na mabilis na nagko-convert ng isang uri ng enerhiya sa isa pa.
Ang mga positibong device, na konektado sa kabilang direksyon, ay gumagana sa mga awtomatikong oscillations at ginagamit sa mga generator. Ang saklaw ng kanilang aplikasyon ay malawak, dahil mayroon silang mataas na katatagan kapag ginawa nang maayos. Kadalasan, maraming piezo resonator ang ginagamit upang makamit ang ninanais na epekto at makuha ang tamang impormasyon.
Mga disadvantage ng mga nagko-convert
Ang mga device na ito ay may napakaraming positibong aspeto. Gayunpaman, mayroon din silang mga negatibong feature:
- output resistance - maximum;
- measuring circuit at cable ay dapat gawin batay sa mahigpit na mga kinakailangan at alituntunin.
Pagkalkula ng piezoelectric transducer sa simula ay nakukuha ang equation formula para sa resonant frequency: Fp =0.24 ·c·. Kapal ng plato: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Kinakalkula ang mga katangian ng enerhiya tulad ng sumusunod: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
