Disse omformerne tilhører en undergruppe av generatorer, de er basert på mekanisk akkumulerte elektriske ladninger. Som et resultat skilles følgende forhold: Q=d P. I dette tilfellet er d den piezoelektriske modulen, og P er kraften. Som regel er materialet kvarts, turmalin, utglødningsblandinger, barium, bly. For å designe en piezoelektrisk transduser, er det nødvendig å bruke belastningsmønstre: kompresjon, bøying, skjærkraft, spenning.
Direkte og omvendt piezoelektrisk effekt
Den direkte effekten er karakterisert ved følgende: det krystallinske materialet som brukes danner et gitter på grunn av ladede ioner ordnet i en viss rekkefølge. I prosessen veksler forskjellige partikler og kompenserer gjensidig, noe som resulterer i elektrisk nøytralitet. Krystaller har funksjoner som er indikert som følger:
- symmetri med hensyn til aksen;
- med tanke på forrige visning, vises et gitter med ioner som veksler og kompenserer.
Hvis materialet som brukes i prosessen er rettet mot kraften Fx, såer deformert, endres avstanden mellom de positive og negative ladningene, og retningen i den gitte aksen elektrifiseres. Alt dette uttrykkes i formelen q=d11Fx og er proporsjon alt med kraft. Koeffisienten er assosiert med stoffet og dets tilstand, den har et navn - den piezoelektriske modulen. Indekser bestemmes av styrke og kant, men hvis du endrer retning, vil effekten være annerledes.
Den piezoelektriske transduseren i den direkte prosessen elektrifiserer krystallene under påvirkning av ytre krefter. Denne effekten oppstår under påvirkning av stoffer som er elektrikere. For å lage måleinstrumenter trenger du kvartskrystaller. Det vil si at operasjonsprinsippet til den piezoelektriske transduseren er som følger: med en direkte effekt utføres handlingen gjennom mekanikk, og med omvendt deformeres krystaller.
Ytterligere piezoeffekter
Krystall kan polariseres når platen utsettes for krefter på X- og Y-aksene Fy – tverrgående, med Fz ingen kostnader oppstår. Kvartskrystallen er plassert på tre koordinatakser. For å bruke piezoelektriske transdusere, er det nødvendig å kutte en plate som indikerer effekten. Den har følgende beskrivelse:
- høy styrke;
- spenning tillatt opptil 108 N/m2, dermed er store målbare krefter mulig;
- stivhet og elastisitet;
- minimal friksjon inni;
- stabilitet,som ikke endres;
- Maksimal kvalitetsfaktor for det fremstilte materialet.
Kvartsplater brukes kun i svingere som måler trykk og kraft. Gitt hardheten til materialet, er det vanskelig å behandle, så en enkel form er laget av det. Modulen er konstant ved konstant temperatur. Hvis den øker, er det i dette tilfellet en nedgang i modulen. De piezoelektriske egenskapene forsvinner ved 573 grader Celsius.
Beskrivelse av enheten og målekretsene
Piezoelektrisk trykktransduser har følgende struktur:
- membran, som er bunnen av saken;
- den ytre foringen er jordet, og den midterste er isolert med kvarts;
- plater har høy motstand, koblet parallelt;
- folien og den indre kjernen av kabelen festes i et hull lukket med et lokk.
Utgangseffekten er minimal, i denne forbindelse leveres en forsterker med stor motstand. I hovedsak avhenger spenningen av kapasitansen til inngangskretsen. Egenskapene til svingeren indikerer følsomhet og kapasitans. I utgangspunktet er dette ladningen og enhetens egne indikatorer. Hvis den beregnes tot alt, vil følgende utgangseffekt oppnås: Sq =q/F eller Uxx=d11 F/Co.
For å utvide frekvensområdet, er det nødvendig å øke de målte lave variablene mot en konstant tidskrets. Det er enkelt å gjøre dette ved å slå påkondensatorer som er plassert parallelt med enheten. I dette tilfellet vil imidlertid utgangsspenningen reduseres. Motstanden som er økt vil utvide rekkevidden uten tap av følsomhet. Men for å øke den, trengs det forbedrede isolasjonskvaliteter og forsterkere med inngang med høy motstand.
Beskrivelse av målekretser
Spesifikk og overflatemotstand bestemmer seg selv, og hovedkomponenten for kvarts er høyere, så den piezoelektriske transduseren må forsegles. Som et resultat forbedres kvaliteten og overflaten beskyttes mot fuktighet og smuss. Sensormålekretser ble laget som høymotstandsforsterkere, som var basert på et felteffekttransistorutgangstrinn og en ikke-inverterende forsterker med en operativ enhet. Spenning tilføres inngang og utgang.
Men denne utdaterte piezoelektriske svingeren hadde feil:
- avhengig av utgangsspenning og følsomhet i forhold til sensorvolum;
- ustabil kapasitet som endres på grunn av temperaturforhold.
Spenningen til forsterkeren og følsomheten bestemmes av den tillatte feilen, hvis det inkluderte stabile volumet er supplert med C1. Formel: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Etter transformasjon får vi: S=Ubx/F. Hvis koeffisienten øker, henholdsvis, og disse variablene øker. Målekretsen er preget av:
- konstant tidslinje;
- motstand R bestemmes av inngangsforsterkning, isolasjon av sensorer, kabler og R3;
- MOS-transistorer er sterkere enn feltenheter, men har et høyt støynivå;
- R3 stabiliserer spenningen, verdien beregnes som ~ 1011 Ohm.
Når vi analyserer den siste variabelen, kan vi anta at den konstante tidslinjen er som følger: t ≦ 1c. Enheter i dag kan bruke piezoelektriske sensorer med spenningsforsterkere for å lade.
Device Advantages
Den piezoelektriske svingeren har følgende fordeler:
- enkel strukturell montering;
- dimensions;
- pålitelighet;
- konvertering av mekanisk spenning til elektrisk ladning;
- variabler som kan måles raskt.
I tilfelle av et materiale som kvarts, som er nær den ideelle tilstanden til kroppen, er transformasjon av mekanikk til en elektrisk ladning mulig med en minimumsfeil på -4 til -6. Utviklingen av høypresisjonsteknologi har imidlertid forbedret muligheten til å realisere tapsfri nøyaktighet. Som et resultat kan vi konkludere med at disse piezoelektriske transduserne er best egnet for måling av krefter, trykk og andre elementer.
PET-akselerasjon har følgende struktur:
- alle materialer er festet til titanbasen;
- to skrudde på piezoelektriske elementer samtidigfra kvarts;
- treghetsmasse med høy tetthet designet for minimumsdimensjoner;
- signalfjerning med messingfolie;
- hun er på sin side koblet til en kabel som er loddet;
- sensor dekket av en hette skrudd inn i basen;
- for å feste måleren på objektet, kutt tråden.
Til tross for massen er sensoren ganske stabil og tett. Kjører i 150 m/s2.
Designfunksjoner til omformere
Hvis det er nødvendig å lage en akselerometersensor, er det viktig å feste piezo-sensorplatene riktig til basen. Denne handlingen utføres ved lodding. Kabelen må oppfylle følgende krav:
- isolasjonsmotstanden bør være høy;
- skjermen er plassert ved siden av stuen;
- antivibrasjon;
- fleksibilitet.
Det vil si at kabelen ikke skal ristes ved inngangen til forsterkeren. Målekretsen er skapt symmetrisk slik at interferens ikke oppstår. I sensoren er koblingen asymmetrisk, motstanden til ledningene og huset er koblet på en slik måte at isolasjonen til de ytre platene oppnås. For å oppnå ønsket resultat kreves det at måleren er laget av et oddetall av materialer som brukes i prosessen. Elementene presses mot forsterkeren gjennom hull i den sentrale delen og gjennom isolatorer som er skrudd fast i huset.
Funksjoner av vibrasjonsmåleenheter
For å øke følsomheten til måleapparatet, er det nødvendig å bruke piezoelektriske elementer med høy modul. Dettematerialet legges parallelt på rad og forbundet med metallpakninger og plater. For en lignende effekt kan stoffer som virker på bøyning fortsatt brukes. De er imidlertid lavfrekvente og dårligere enn kompresjonsmekanikk.
Material kan være bimorft, det samles vanligvis i serier eller parallelt, alt avhenger av de positivt plasserte aksene. Som regel er dette to plater. Hvis det nøytrale laget tas i betraktning, kan et overlegg laget av metall med gjennomsnittlig tykkelse brukes i stedet for et piezoelektrisk element.
For å måle signaler som beveger seg sakte nok, gjør følgende:
- piezoelektrisk transduser inkludert i oscillatoren;
- krystall har resonansfrekvens;
- så snart belastningen skjer, vil indikatorene endres.
I dag er piezo-akselerometre avanserte enheter som kan være høyfrekvente, med sterk følsomhet.
Alternativ energikilde gjennom omformere
Et av de kjente og uuttømmelige virkemidlene for å generere strøm er bølgeenergi. Slike stasjoner er montert direkte i vannmiljøet. Dette fenomenet er assosiert med solens stråler, som varmer opp luftmassen, på grunn av hvilke bølger oppstår. Skaftet til dette fenomenet har en energiintensitet, som bestemmes av vindens styrke, bredden på luftfrontene, varigheten av vindkastene.
Verdien kan svinge på grunt vann eller nå 100 kW per meter. Den piezoelektriske bølgeenergiomformeren fungerer etter et visst prinsipp. Vannstanden stiger ved hjelp av en bølge, i prosessen presses luften ut av fartøyet. Strømmene føres deretter gjennom av en vendeturbin. Enheten roterer i en bestemt retning, uavhengig av bølgenes bevegelse.
Denne enheten har en positiv egenskap. Frem til i dag er forbedringen av designet ikke forutsagt, fordi effektiviteten og operasjonsprinsippet er bevist på alle eksisterende måter. I prosessen med teknologiske fremskritt kan det bygges flytende stasjoner.
Ultralyd piezoelektrisk transduser
Denne enheten er utformet på en slik måte at den ikke krever ytterligere innstillinger. Den er utstyrt med en minneblokk, som gir det tekniske resultatet. Refererer til kontroll- og måleenheter. Slike enheter er forskjellige i type, tekniske egenskaper, som er kompilert på grunnlag av design- og formålsdata med minimale feil. Alle krav vurderes basert på design.
For alle slike enheter er det gitt et standardopprettingsskjema: en feildetektor, et hus, elektroder, hovedelementet som er festet til basen, en kjerne, folie og andre materialer. En piezoelektrisk ultralydsvinger er en bruksmodell. Den lar deg motta data direkte ved å bruke lyden som er installert på undersiden av enheten.
Piezo-transduserapplikasjoner
Enheter meddirekte effekt brukes i instrumenter som måler kraft, trykk, akselerasjon. De har et høyt nivå av frekvens og hardhet. Apparat med tilbakemelding brukes i ultralydvibrasjoner, konvertering av stress til deformasjon, balansering. Hvis begge effektene tas i betraktning samtidig, er dette alternativet egnet for piezoresonatorer som konverterer en type energi til en annen ganske raskt.
Positive enheter, koblet i motsatt retning, opererer på automatiske svingninger og brukes i generatorer. Omfanget av deres bruk er omfattende, siden de har høy stabilitet når de er riktig laget. Ofte brukes flere piezoresonatorer for å oppnå ønsket effekt og få riktig informasjon.
Ulemper med omformere
Disse enhetene har et stort antall positive aspekter. Men de har også negative egenskaper:
- utgangsmotstand - maksimum;
- målekretser og kabler må lages basert på strenge krav og retningslinjer.
Beregning av den piezoelektriske transduseren utleder innledningsvis ligningsformelen for resonansfrekvensen: Fp =0,24 ·c·. Platetykkelse: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energikarakteristikker er beregnet som følger: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
