Kasdieniniame gyvenime susiduriame su įvairiomis situacijomis, kai turime išmatuoti fizinius dydžius, pvz., Metalinį mechaninį įtempimą, temperatūros lygius, slėgio lygius ir kt.. Visoms šioms reikmėms mums reikalingas prietaisas, kuris šiuos nežinomus kiekius galėtų išmatuoti vienetais ir mums pažįstami kalibravimai. Vienas iš mums labiausiai naudingų prietaisų yra DAVIKLIS . Daviklis yra elektrinis įtaisas, kuris gali bet kokio tipo fizinį dydį paversti proporcingo elektrinio dydžio pavidalu kaip įtampą arba elektros srovė . Iš didelio įvairaus tipo keitiklių telkinio šiame straipsnyje siekiama paaiškinti pjezoelektriniai keitikliai .

Kas yra pjezoelektrinis keitiklis?

The pjezoelektrinio keitiklio apibrėžimas yra elektrinis keitiklis kuris gali konvertuoti bet kokią formą fizinis kiekis į elektrinį signalą , kuri gali būti naudojama matavimui. Elektrinis keitiklis, kuris naudoja pjezoelektrinių medžiagų savybes fiziniams dydžiams paversti elektriniais signalais, yra žinomas kaip a pjezoelektrinis keitiklis.

Pjezoelektrinis keitiklis

Pjezoelektrinės medžiagos turi savybę pjezoelektrinis , pagal kurį dėl bet kokio tipo mechaninio įtempio ar įtempimo atsiranda elektros įtampa, proporcinga taikomam įtempiui. Šią elektrinę įtampą galima išmatuoti naudojant įtampą matavimo prietaisai apskaičiuoti medžiagai tenkančio įtempio ar įtempimo vertę.

Pjezoelektrinių medžiagų rūšys

Kai kurie pjezoelektrinių medžiagų tipai yra šie:

Natūraliai prieinami: Kvarcas, Rochelle druska, topazas, turmalino grupės mineralai ir kai kurios organinės medžiagos kaip šilkas, mediena, emalis, kaulas, plaukai, guma, dentinas. Dirbtinai gamina pjezoelektrinės medžiagos yra polivinilideno difluoridas, PVDF arba PVF2, bario titanatas, švino titanatas, švino cirkonato titanatas (PZT), kalio niobatas, ličio niobatas, ličio tantalatas ir kita bešvinė pjezoelektrinė keramika.

Ne visas pjezoelektrines medžiagas galima naudoti pjezoelektriniai keitikliai . Yra tam tikri reikalavimai, kuriuos turi atitikti pjezoelektrinės medžiagos, kurios bus naudojamos kaip keitikliai. Medžiagos, naudojamos matavimo tikslams, turėtų turėti dažnio stabilumą, aukštas išvesties vertes, nejautrias ekstremalioms temperatūros ir drėgmės sąlygoms ir kurios gali būti įvairių formų arba turėtų būti lanksčios, kad būtų gaminamos įvairios formos, netrikdant jų savybių.

Deja, nėra pjezoelektrinės medžiagos, turinčios visas šias savybes. Kvarcas yra labai stabilus kristalas, kuris yra natūraliai prieinamas, tačiau jo išėjimo lygis yra mažas. Kvarcu galima išmatuoti lėtai besikeičiančius parametrus. Rochelle druska suteikia didžiausią išeigos vertę, tačiau ji yra jautri aplinkos sąlygoms ir negali būti eksploatuojama virš 1150F.

Pjezoelektrinis keitiklis veikia

Pjezoelektrinis keitiklis veikia pagal pjezoelektros principą. Pjezoelektrinės medžiagos, įprasto kvarco, paviršiai yra padengti plonu laidžios medžiagos, tokios kaip sidabras, sluoksniu. Kai stresas pritaikytas, medžiagos jonai juda link vieno iš laidžiųjų paviršių, tolstant nuo kito. Dėl to susidaro krūvis. Šis krūvis naudojamas įtampai kalibruoti. Pagaminto krūvio poliškumas priklauso nuo taikomo įtempio krypties. Stresą galima taikyti dviem formomis kaip C slegiantis stresas ir Tempimo įtampa kaip parodyta žemiau.

Pjezoelektrinio keitiklio darbas

Pjezoelektrinio keitiklio formulė

Kristalo orientacija taip pat daro įtaką sukuriamos įtampos dydžiui. Daviklio kristalas gali būti išdėstytas išilginė padėtis arba skersinė padėtis .

Pjezoelektrinio keitiklio formulė

“kuris prievadas yra labiausiai paplitęs šių dienų kompiuterių įrenginių prievadas? ”

Išilginis ir skersinis efektas

Išilginiame efekte sukuriamą krūvį pateikia

Q = F * d

Kur F yra pritaikyta jėga, d yra kristalo pjezoelektrinis koeficientas.

Kvarcinio kristalo pjezoelektrinis koeficientas d yra apie 2,3 * 10^-12C / N.

Skersiniame efekte generuojamą krūvį pateikia

Q = F * d * (b / a)

Kai santykis b / a yra didesnis nei 1, skersiniu išdėstymu sukurtas krūvis bus didesnis už kiekį, kurį sukuria išilginis išdėstymas.

Pjezoelektrinio keitiklio grandinė

Pagrindinio pjezoelektrinio keitlio veikimą galima paaiškinti žemiau esančiu paveikslu.

Pjezoelektrinio keitiklio grandinė

Čia kvarcinis kristalas, padengtas sidabru, naudojamas kaip jutiklis, sukuriantis įtampą, kai jis patiria įtampą. Krūvio stiprintuvas naudojamas pagamintam krūviui matuoti be išsisklaidymo. Norint ištraukti labai mažą srovę, atsparumas R1 yra labai didelis. Švino laido, jungiančio keitiklį, talpa ir pjezoelektrinis jutiklis taip pat turi įtakos kalibravimui. Taigi įkrovos stiprintuvas paprastai dedamas labai arti jutiklio.

Taigi pjezoelektriniame keitlyje, kai taikomas mechaninis įtempis, susidaro proporcinga elektros įtampa, kuri sustiprinama naudojant įkrovos stiprintuvą ir naudojama pritaikyto įtempio kalibravimui.

Pjezoelektrinis ultragarso keitiklis

Ultragarsinis pjezoelektrinis keitiklis veikia atvirkščiai pjezoelektrinis efektas . Šiuo poveikiu, kai elektra padedama pjezoelektrinei medžiagai, ji patiria fizines deformacijas, proporcingas taikomam krūviui. Grandinė ultragarso keitiklis yra pateiktas žemiau.

Ultragarsinis pjezoelektrinis keitiklis

Čia, kvarco kristalas yra tarp dviejų metalinių plokščių A ir B, kurios yra sujungtos su pirminiu transformatoriaus L3. Transformatoriaus pirminis yra induktyviai sujungtas su elektroninis osciliatorius . Ritės L1 ir L2, kurios sudaro transformatoriaus antrinę dalį, yra sujungtos su elektroniniu osciliatoriumi.

Įjungus akumuliatorių, osciliatorius generuoja aukšto dažnio kintamosios įtampos impulsus, kurių dažnis f = 1 ÷ (2π√L1C1). Dėl to L3 indukuojamas e.m.f, kuris per plokšteles A ir B perduodamas į kvarco kristalą. Dėl atvirkštinio pjezoelektrinio efekto kristalas pradeda susitraukinėti ir plečiasi, taip sukurdamas mechanines vibracijas.

Rezonansas vyksta, kai dažnis elektroninis osciliatorius yra lygus natūraliam kvarco dažniui. Šiuo metu kvarcas gamina išilginės ultragarso bangos didelės amplitudės.

Pjezoelektrinių keitiklių programos

Kadangi pjezoelektrinės medžiagos negali išmatuoti statinių verčių, jos pirmiausia naudojamos matuojant paviršiaus šiurkštumą, akselerometruose ir kaip vibracijos paėmimas.
Jie naudojami seismografai matuoti vibracijas raketose.
Įtempimo matuokliuose, matuojančiuose jėgą, įtampą, vibraciją ir kt.
Naudojamas automobilių pramonėje matuojant variklių detonacijas.
Jie naudojami ultragarsinis vaizdavimas medicinoje.

Pjezoelektrinių keitiklių pranašumai ir apribojimai

Pjezoelektrinių keitiklių privalumai ir apribojimai apima šiuos dalykus.

Privalumai

Tai yra aktyvūs keitikliai, t. Y. Jiems nereikia išorinės energijos darbui, todėl jie generuoja save.
Šių keitiklių aukšto dažnio atsakas yra geras pasirinkimas įvairioms reikmėms.

Apribojimai

Temperatūra ir aplinkos sąlygos gali turėti įtakos keitiklio elgesiui.
Jie gali matuoti tik kintantį slėgį, todėl matuodami statinius parametrus jie yra nenaudingi.

Taigi, viskas apie tai Pjezoelektrinis keitiklis , Darbo principas, formulė, grandinė su darbu, privalumai, apribojimai ir programos. Remiantis aukščiau pateikta informacija, yra įvairūs pjezoelektrinių keitiklių pritaikymai, kaip mes aptarėme. Kuriai programai naudojote pjezoelektrinį keitiklį? Kokia buvo jūsų patirtis?