Disse omformere tilhører en undergruppe af generatorer, de er baseret på mekanisk akkumulerede elektriske ladninger. Som et resultat skelnes følgende forhold: Q=d P. I dette tilfælde er d det piezoelektriske modul, og P er kraften. Som regel er materialet kvarts, turmalin, udglødningsblandinger, barium, bly. For at designe en piezoelektrisk transducer er det nødvendigt at bruge belastningsmønstre: kompression, bøjning, forskydning, spænding.
Direkte og omvendt piezoelektrisk effekt
Den direkte virkning er karakteriseret ved følgende: det anvendte krystallinske materiale danner et gitter på grund af ladede ioner arrangeret i en bestemt rækkefølge. I processen veksler uens partikler og kompenserer gensidigt, hvilket resulterer i elektrisk neutralitet. Krystaller har funktioner, der er angivet som følger:
- symmetri med hensyn til aksen;
- i betragtning af den forrige visning vises et gitter med ioner, der veksler og kompenserer.
Hvis det anvendte materiale i processen er rettet mod kraften Fx, såer deformeret, ændres afstanden mellem de positive og negative ladninger, og retningen i den givne akse elektrificeres. Alt dette er udtrykt i formlen q=d11Fx og er proportional med kraft. Koefficienten er forbundet med stoffet og dets tilstand, det har et navn - det piezoelektriske modul. Indekser bestemmes af styrke og kant, men hvis du ændrer retning, vil effekten være anderledes.
Den piezoelektriske transducer i den direkte proces elektrificerer krystallerne under påvirkning af eksterne kræfter. Denne effekt opstår under påvirkning af stoffer, der er elektrikere. For at lave måleinstrumenter skal du bruge kvartskrystaller. Det vil sige, at den piezoelektriske transducers funktionsprincip er som følger: med en direkte virkning udføres handlingen gennem mekanik, og med det modsatte deformeres krystaller.
Yderligere piezo-effekter
Krystal kan polariseres, når pladen udsættes for kræfter på X-, Y-akserne Fy – tværgående, med Fz ingen gebyrer. Kvartskrystallen er placeret på tre koordinatakser. For at bruge piezoelektriske transducere er det nødvendigt at skære en plade, der angiver effekten. Den har følgende beskrivelse:
- høj styrke;
- spænding tilladt op til 108 N/m2, så store målbare kræfter er mulige;
- stivhed og elasticitet;
- minimal friktion indeni;
- stabilitet,som ikke ændrer sig;
- Maksimal kvalitetsfaktor for det fremstillede materiale.
Kvartsplader bruges kun i transducere, der måler tryk og kraft. I betragtning af materialets hårdhed er det svært at bearbejde, så der skabes en simpel form af det. Modulet er konstant ved en konstant temperatur. Hvis det stiger, så er der i dette tilfælde et fald i modulet. De piezoelektriske egenskaber forsvinder ved 573 grader Celsius.
Beskrivelse af enheden og målekredsløbene
Piezoelektrisk tryktransducer har følgende struktur:
- membran, som er bunden af sagen;
- den ydre foring er jordet, og den midterste er isoleret med kvarts;
- plader har høj modstand, forbundet parallelt;
- folien og den indvendige kerne af kablet er fastgjort i et hul lukket med et låg.
Udgangseffekten er minimal, i denne henseende leveres en forstærker med en stor modstand. I det væsentlige afhænger spændingen af indgangskredsløbets kapacitans. Transducerens egenskaber indikerer følsomhed og kapacitans. Grundlæggende er dette opladningen og enhedens egne indikatorer. Hvis det beregnes i alt, opnås følgende udgangseffekt: Sq =q/F eller Uxx=d11 F/Co.
For at udvide frekvensområdet er det nødvendigt at øge de målte lave variable mod et konstant tidskredsløb. Det er nemt at gøre dette ved at tændekondensatorer, der er placeret parallelt med enheden. I dette tilfælde vil udgangsspændingen dog falde. Den modstand, der er blevet øget, vil udvide rækkevidden uden tab af følsomhed. Men for at øge den er der brug for forbedrede isolationskvaliteter og forstærkere med en høj modstandsindgang.
Beskrivelse af målekredsløb
Specifik og overflademodstand bestemmer deres egen, og hovedkomponenten for kvarts er højere, så den piezoelektriske transducer skal forsegles. Som følge heraf forbedres kvaliteten, og overfladen er beskyttet mod fugt og snavs. Sensormålekredsløb blev skabt som højmodstandsforstærkere, som var baseret på et felteffekttransistorudgangstrin og en ikke-inverterende forstærker med en operationsanordning. Spænding tilføres til indgang og udgang.
Denne forældede piezoelektriske transducer havde imidlertid fejl:
- afhængighed af udgangsspænding og følsomhed i forhold til sensorvolumen;
- ustabil kapacitet, der ændrer sig på grund af temperaturforhold.
Forstærkerens spænding og følsomheden bestemmes af den tilladte fejl, hvis den medfølgende stabile lydstyrke suppleres med C1. Formel: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Efter transformation får vi: S=Ubx/F. Hvis koefficienten stiger, henholdsvis, og disse variabler stiger. Målekredsløbet er kendetegnet ved:
- konstant tidslinje;
- modstand R bestemmes af inputforstærkning, isolering af sensorer, kabler og R3;
- MOS-transistorer er stærkere end feltenheder, men har et højt støjniveau;
- R3 stabiliserer spændingen, dens værdi beregnes som ~ 1011 Ohm.
Når vi analyserer den sidste variabel, kan vi antage, at den konstante tidslinje er som følger: t ≦ 1c. Enheder i dag kan bruge piezoelektriske sensorer med spændingsforstærkere til at oplade.
Device Advantages
Den piezoelektriske transducer har følgende fordele:
- nem strukturel montering;
- dimensions;
- pålidelighed;
- konvertering af mekanisk spænding til elektrisk ladning;
- variabler, der kan måles hurtigt.
I tilfælde af et materiale som kvarts, som er tæt på kroppens ideelle tilstand, er omdannelsen af mekanik til en elektrisk ladning mulig med en minimumsfejl på -4 til -6. Udviklingen af højpræcisionsteknologi har imidlertid forbedret evnen til at realisere tabsfri nøjagtighed. Som et resultat kan vi konkludere, at disse piezoelektriske transducere er de bedst egnede til at måle kræfter, tryk og andre elementer.
PET-acceleration har følgende struktur:
- alle materialer er fastgjort til titaniumbasen;
- to tændte piezoelektriske elementer samtidigtfra kvarts;
- inertimasse med høj tæthed designet til minimumsdimensioner;
- signalfjernelse med messingfolie;
- hun er til gengæld forbundet til et kabel, der er loddet;
- sensor dækket af en hætte skruet ind i basen;
- for at fastgøre måleren på genstanden, klip tråden.
På trods af massen er sensoren ret stabil og tæt. Kører med 150 m/s2.
Designfunktioner ved konvertere
Hvis det er nødvendigt at fremstille en accelerometersensor, er det vigtigt at fastgøre piezofølende plader korrekt til basen. Denne handling udføres ved lodning. Kablet skal opfylde følgende krav:
- isolationsmodstanden skal være høj;
- skærmen er placeret ved siden af stuen;
- anti-vibration;
- fleksibilitet.
Det vil sige, at kablet ikke skal rystes ved indgangen på forstærkeren. Målekredsløbet er skabt symmetrisk, så der ikke opstår interferens. I sensoren er forbindelsen asymmetrisk, ledningernes modstand og kabinettet er forbundet på en sådan måde, at isoleringen af de ydre plader opnås. For at opnå det ønskede resultat kræves det, at måleren er lavet af et ulige antal materialer, der bruges i processen. Elementerne presses mod forstærkeren gennem huller i den centrale del og gennem isolatorer, der skrues fast på kabinettet.
Funktioner i vibrationsmålingsenheder
For at øge følsomheden af måleanordningen er det nødvendigt at bruge højmodul piezoelektriske elementer. Dettematerialet er lagt parallelt i en række og forbundet med metalpakninger og plader. For en lignende effekt kan stoffer, der virker på bøjning, stadig bruges. De er dog lavfrekvente og ringere end kompressionsmekanikken.
Materiale kan være bimorft, det samles norm alt i serier eller parallelt, det hele afhænger af de positivt placerede akser. Som regel er der tale om to plader. Hvis det neutrale lag tages i betragtning, kan der i stedet for et piezoelektrisk element anvendes et overlæg af metal med en gennemsnitlig tykkelse.
For at måle signaler, der bevæger sig langsomt nok, skal du gøre følgende:
- piezoelektrisk transducer inkluderet i oscillatoren;
- krystal har resonansfrekvens;
- så snart belastningen sker, ændres indikatorerne.
I dag er piezo-accelerometre avancerede enheder, der kan være højfrekvente med stærk følsomhed.
Alternativ energikilde gennem omformere
Et af de berømte og uudtømmelige midler til at generere elektricitet er bølgeenergi. Sådanne stationer er monteret direkte i vandmiljøet. Dette fænomen er forbundet med solens stråler, som opvarmer luftmassen, på grund af hvilke bølger opstår. Skaftet af dette fænomen har en energiintensitet, som bestemmes af vindens styrke, bredden af luftfronterne, varigheden af vindstødene.
Værdien kan svinge i lavt vand eller nå 100 kW pr. meter. Den piezoelektriske bølgeenergikonverter fungerer efter et bestemt princip. Vandstanden stiger ved hjælp af en bølge, i den proces presses luften ud af karret. Strømmene ledes derefter igennem af en vendeturbine. Enheden roterer i en bestemt retning, uanset bølgernes bevægelse.
Denne enhed har en positiv karakteristik. Indtil i dag er forbedringen af designet ikke forudsagt, fordi effektiviteten og driftprincippet er blevet bevist på alle eksisterende måder. I processen med teknologiske fremskridt kan der blive bygget flydende stationer.
Ultralyd piezoelektrisk transducer
Denne enhed er designet på en sådan måde, at den ikke kræver yderligere indstillinger. Den er udstyret med en hukommelsesblok, som giver det tekniske resultat. Henviser til kontrol- og måleenheder. Sådanne enheder adskiller sig i type, tekniske egenskaber, som er kompileret på grundlag af design- og formålsdata med minimale fejl. Alle krav vurderes baseret på design.
For alle sådanne enheder leveres et standardoprettelsessystem: en fejldetektor, et hus, elektroder, hovedelementet, der er fastgjort til basen, en kerne, folie og andre materialer. En piezoelektrisk ultralydstransducer er en brugsmodel. Det giver dig mulighed for at modtage data direkte ved hjælp af lyden, der er installeret på bunden af enheden.
Piezo-transducerapplikationer
Enheder meddirekte effekt bruges i instrumenter, der måler kraft, tryk, acceleration. De har et højt niveau af frekvens og hårdhed. Apparater med feedback bruges i ultralydsvibrationer, omdannelse af stress til deformation, balancering. Hvis begge effekter tages i betragtning på samme tid, er denne mulighed velegnet til piezoresonatorer, der ret hurtigt konverterer en type energi til en anden.
Positive enheder, forbundet i den modsatte retning, fungerer på automatiske svingninger og bruges i generatorer. Omfanget af deres anvendelse er omfattende, da de har høj stabilitet, når de er korrekt skabt. Ofte bruges flere piezo-resonatorer for at opnå den ønskede effekt og opnå den korrekte information.
Ulemper ved konvertere
Disse enheder har et stort antal positive aspekter. Men de har også negative egenskaber:
- udgangsmodstand - maksimum;
- målekredsløb og kabler skal oprettes baseret på strenge krav og retningslinjer.
Beregning af den piezoelektriske transducer udleder oprindeligt ligningsformlen for resonansfrekvensen: Fp =0,24 ·c·. Pladetykkelse: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energikarakteristika beregnes som følger: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
