Piezoelektrický snímač: účel a použití

Tyto převodníky patří do podskupiny generátorů, elektrické akumulátory se hromadí pomocí mechaniky. V důsledku toho se rozlišuje následující vztah: Q = dmiddot- P. V tomto případě d je piezomodule a P je úsilí. Materiál je typicky křemenný, turmalín, směs žíhání, barium, olovo. Pro navrhování piezoelektrického měniče je nutné použít zatěžovací obvody: stlačení, ohýbání, střih, protahování.

Přímý a reverzní piezoelektrický efekt

Pro přímý účinek je typické následující: použitý krystalický materiál tvoří mřížku způsobenou nabitými ionty uspořádanými v určitém pořadí. V procesu se na rozdíl od částic střídají a vytvářejí vzájemnou kompenzaci, což vede k elektrické neutralitě. Krystaly mají funkce, které jsou označeny následujícím způsobem:

• symetrie vzhledem k ose;
• vezmeme-li v úvahu předchozí formu, objeví se mřížka s ionty, která se střídají a ruší.

Pokud je materiál použitý v procesu zaměřen na sílu F_x, pak se deformuje, vzdálenost kladných a záporných nábojů se mění a směr v dané ose je elektrifikován. Toto vše je vyjádřeno ve vzorci q = d₁₁F_x a je úměrná síle. Koeficient se vztahuje k látce a jejímu stavu, který se nazývá piezoelektrický modul. Indexy jsou určeny silou a okrajem, ale pokud se změní směr, bude účinek odlišný.

Piezoelektrický převodník v přímém procesu elektrizuje krystaly pod vlivem vnějších sil. Tento účinek vyplývá z vlivu látek, které jsou elektřinou. Pro výrobu měřicích přístrojů budete potřebovat křemenné krystaly. To znamená, že princip piezoelektrického měniče je následující: s přímým účinkem je účinek ovlivněn mechaniky a když dojde k obrácení, krystaly se deformují.

Další piezoelektrické efekty

Krystal může být polarizován, když se síly na osách X, Y aplikují na desku_x, pak se objeví podélný efekt a když F_y - příčný, s F_zpoplatky nevznikají. Křemenný krystal se nachází na třech osách souřadnic. Chcete-li použít piezoelektrické měřicí převodníky, Je nutné vyjmout desku, což indikuje efekt. Má následující popis:

• vysoká pevnost;
• napětí je povoleno až do 10^8. N / m², díky tomu jsou možné velké měřitelné síly;
• tuhost a pružnost;
• minimální tření uvnitř;
• stabilitu, která se nemění;
• maximální faktor kvality vyrobeného materiálu.

Křemenné desky se používají pouze u měničů, které měří tlak a sílu. Vzhledem k tvrdosti materiálu je obtížné zvládnout, takže vytváří jednoduchou formu. Modul je konstantní při nezměněné teplotě. Pokud se zvýší, v tomto případě se sníží modul. Piezoelektrické vlastnosti zmizí při teplotě 573 stupňů Celsia.

Popis zařízení a měřících obvodů

Piezoelektrický snímač tlaku má následující strukturu:

• membrána, která je dnem pláště;
• vnější kryt je uzemněn a střed je izolován křemíkem;
• desky mají vysoký odpor, jsou zapojeny paralelně;
• Fólie a vnitřní jádro kabelu jsou upevněny v otvoru uzavřeném víkem.

Výstupní výkon je minimální, proto je k dispozici zesilovač s vysokým odporem. Ve skutečnosti napětí závisí na kapacitě vstupního obvodu. Charakteristiky měniče udávají citlivost a kapacitu. V podstatě je tento poplatek a vlastní výkon zařízení. Pokud vypočítáte celkem, získáte následující výstupní výkon: S_q= q / F nebo U_xx = d₁₁middot-F / C_o.

Aby bylo možné rozšířit frekvenční rozsah, je nutné zvýšit naměřené nízké proměnné směrem ke konstantnímu časovému řetězci. Takové opatření lze snadno dosáhnout vložením kondenzátorů, které jsou umístěny paralelně se zařízením. Pravdou je, že výstupní napětí bude klesat. Odolnost, která byla zvýšena, rozšíří rozsah bez ztráty citlivosti. Ovšem kvůli jeho nárůstu jsou zapotřebí lepší izolační vlastnosti a zesilovače s vysokou impedancí.

Popis měřicích obvodů

Specifické a povrchové odpory určují své vlastní, přičemž hlavní složka pro křemen je vyšší, takže piezoelektrický snímač musí být utěsněn. V důsledku toho se kvalita zvyšuje a povrch je chráněn před vlhkostí a nečistotami. Měřicí obvody snímačů byly vytvořeny jako vysoce odolné zesilovače, které byly založeny na výstupní fázi tranzistoru s efektem pole a neinvertujícího zesilovače s ovládacím zařízením. Napětí přichází na vstup a výstup.

V tomto zastaralém piezoelektrickém měniči však existovaly nevýhody:

• závislost výstupního napětí a citlivosti vzhledem k objemu snímače;
• Nestabilní kapacita, která se mění v závislosti na teplotních podmínkách.

Napětí a citlivost zesilovače jsou určeny přípustnou chybou, pokud je obsažen stabilní objem C₁. Vzorec: y_s = (Delta-C_o+ Delta-C_k) / (C_o+C_k+C₁). Po transformaci získáme: S = U_bx/ F. Pokud se koeficient zvýší, a tyto proměnné se zvýší. Pro měřící obvod je typické:

• konstantní časová osa;
• Odpor R je určen vstupním zesílením, izolací senzorů, kabelů a R₃;
• MIS tranzistory jsou silnější než terénní přístroje, ale mají vysokou hladinu hluku;
• R₃ stabilizuje napětí, jeho hodnota se vypočítá jako _~ 10¹¹ Ohm.

Při analýze poslední proměnné můžeme předpokládat, že konstanta časové řádek Následující: t 1c. V současné době lze zařízení používat s napěťovými zesilovači piezoelektrické snímače za poplatek.

Výhodná charakteristika zařízení

Piezoelektrický převodník má následující výhody:

• jednoduchost konstrukční sestavy;
• celkové rozměry;
• spolehlivost;
• transformace mechanického namáhání na elektrický náboj;
• Proměnné, které lze rychle měřit.

V případě materiálu jako je křemen, který se blíží ideálnímu stavu těla, je možné přeměnu mechaniky na elektrický náboj s minimální chybou -4 až -6. Vývoj vysoce přesné technologie však zlepšil schopnost realizovat přesnost bez ztráty. V důsledku toho lze dospět k závěru, že tyto piezoelektrické měniče jsou nejvhodnější pro sílu, tlak a další měřicí prvky.

Zrychlení PEP má následující konstrukci:

• všechny materiály jsou připojeny k titanové bázi;
• dva současně spínané piezoelektrické prvky křemene;
• vysokotlaká inerciální hmota je určena pro minimální rozměry;
• odstranění signálu pomocí mosazné fólie;
• na druhou stranu je připojen k kabelu, který je připájen;
• Snímač je uzavřen krytem přišroubovaným do základny;
• Chcete-li posílit měřidlo na objektu, narežte nit.

Přes hmotnost je snímač poměrně stabilní a hustý. Provozuje v rozsahu 150 m / s².

Konstrukční vlastnosti převodníků

Pokud je zapotřebí vytvořit senzor akcelerometru, je důležité správně připojit piezoelektrické desky k základně. Tato akce se provádí pájením. Kabel musí splňovat následující požadavky:

• izolační odpor musí být vysoký;
• Obrazovka je umístěna vedle obytného prostoru;
• antivibrační;
• flexibilitu.

To znamená, že vstup zesilovače by se neměl otřesit kabel. Měřící obvod je vytvořen symetricky tak, aby nedošlo k žádnému rušení. V čidle je spojení asymetrické, odpor svorek a pouzdro je připojen tak, aby byly dosaženy vnější desky. Chcete-li dosáhnout požadovaného výsledku, je třeba měřidlo provádět z lichého počtu materiálů, které jsou v procesu používány. Prvky se přitlačují k zesilovači přes otvory v centrální části a přes izolátory, které jsou přišroubovány k tělu.

Vlastnosti zařízení, která měří vibrace

Pro zvýšení citlivosti měřicího přístroje je nutné použít piezoelementy s vysokým modulem. Tento materiál je položen paralelně v řadě a spojen pomocí kovových těsnění a desek. Za tímto účelem lze i nadále používat látky, které pracují na ohýbání. Nicméně mají nízkou frekvenci a jsou nižší než kompresní mechanika.

Materiál může být bimorfní, obvykle se sbírá sériově nebo paralelně, vše závisí na pozitivně umístěných osách. Obvykle se jedná o dvě desky. Pokud vezmete v úvahu neutrální vrstvu, pak místo toho může místo piezoelementu použít kovovou desku s průměrnou tloušťkou.

Chcete-li měřit signály, které se pohybují dostatečně pomalu, je třeba provést následující kroky:

• je piezoelektrický měnič začleněn do autogenerátoru;
• krystal je na rezonanční frekvenci;
• Jakmile dojde k zatížení, indikátory se změní.

Dnes jsou piezoakcelerometry pokročilými nástroji, které mohou být vysokofrekvenční, se silnou citlivostí.

Alternativní zdroj energie prostřednictvím měničů

Jedním ze slavných a nevyčerpatelných prostředků získání elektrické energie je energie vln. Takové stanice jsou namontovány přímo ve vodním prostředí. Tento jev je spojen se slunečními paprsky, které ohřívají množství vzduchu, kvůli kterým vznikají vlny. Šachta tohoto jevu má energetickou náročnost, která je dána silou větru, šířkou frontů vzduchu a trvanlivostí nárazů.

Hodnota může kolísat v mělké vodě nebo dosáhnout 100 kW na metr. Převodník s piezoelektrickou energií pracuje podle určitého principu. Hladina vody stoupá vlnou, v procesu je vzduch vytlačován z nádoby. Poté proudy procházejí reverzibilní turbínou. Jednotka se otáčí v určitém směru, bez ohledu na pohyb vln.

Toto zařízení má pozitivní charakteristiku. Až do dneška není zlepšení návrhu předvídáno, protože účinnost a princip fungování jsou prokázány všemi stávajícími způsoby. Při technologickém pokroku mohou být stavěny plovoucí stanice.

Ultrazvukový piezoelektrický snímač

Toto zařízení je navrženo tak, aby nevyžadovalo další nastavení. Je vybaven paměťovým blokem, který dává technický výsledek. Vztahuje se k přístrojovému vybavení. Taková zařízení se liší podle typu, technických charakteristik, které jsou sestaveny na základě návrhových a konstrukčních údajů s minimálními chybami. Všechny požadavky jsou vzaty v úvahu na základě návrhu.

Pro všechna taková zařízení je k dispozici standardní schéma tvorby: detektor vad, tělo, elektrody, hlavní prvek, který je připevněn k základně, žíle, fólii a dalším materiálům. Ultrazvukový piezoelektrický měnič je užitečným modelem. Umožňuje přijímat data přímo se zvukem instalovaným na základně přístroje.

Oblasti použití piezoelektrického měniče

Přístroje s přímým účinkem se používají v zařízeních, která měří sílu, tlak, zrychlení. Mají vysokou úroveň frekvence a tuhosti. Zařízení s zpětnou vazbou se používá při ultrazvukových vibracích, transformaci napětí na deformaci, vyvažování. Pokud jsou současně zohledněny oba efekty, je tato volba vhodná pro piezoresonátory, které poměrně rychle přeměňují jeden druh energie na jiný.

Pozitivní přístroje, které jsou v opačném směru, pracují na automatických oscilacích a používají se v generátorech. Oblast jejich aplikace je rozsáhlá, protože mají při správném vytvoření vysokou stabilitu. Často se používají několik piezoresonátorů pro dosažení požadovaného účinku a získání správných informací.

Nevýhody převodníků

V těchto zařízeních existuje obrovské množství pozitivních stran. Nicméně mají také negativní vlastnosti:

• výstupní odpor je maximální;
• Měřící obvody a kabely musí být vytvořeny na základě přísných požadavků a doporučení.

Výpočet piezoelektrického měniče zpočátku odvozuje rovnici vzorce pro rezonanční frekvenci: F_str= 0,24 middot-cmiddot-. Tloušťka desky: h = F_str middot-a² / 0,24 middot-c = 35 middot-10³ middot-25 middot-10^-6./ 0,24 střední-2900 = 1,257 middot-10^-3m. Energetické charakteristiky se vypočítají takto: W_a = W_ac.uod middot-S = 40 middot- 4,53 middot-10^-3.