Piezoelektromos érzékelő: áramkör, specifikációk és alkalmazások

Érzékelők olyan eszközök, amelyek a környezet különböző fizikai mennyiségeinek kimutatására vagy érzékelésére szolgálnak. A bemenet lehet fény, hő, mozgás, nedvesség, nyomás, rezgés stb. A kimenet általában az alkalmazott bemenettel arányos elektromos jel. Ezt a kimenetet használják a bemenet kalibrálására, vagy a kimeneti jelet továbbítják egy hálózaton további feldolgozás céljából. A mérendő bemenet alapján különféle típusú érzékelők léteznek. Higany alapú hőmérő a-ként működik hőmérséklet szenzor , az autók oxigénérzékelője az emissziószabályozó rendszer észleli az oxigént, a fotóérzékelő a látható fény jelenlétét. Ebben a cikkben leírnánk a piezoelektromos érzékelő . Kérjük, olvassa el a linket, ha többet szeretne megtudni a piezoelektromos hatás .

A piezoelektromos érzékelő meghatározása

A szenzor, amely a piezoelektromosság piezoelektromos érzékelőként ismert. Ahol a piezoelektromosság olyan jelenség, ahol áram keletkezik ha mechanikai igénybevételt hajtanak végre egy anyagon. Nem minden anyag rendelkezik piezoelektromos jellemzőkkel.

Piezoelektromos érzékelő

Különböző típusú piezoelektromos anyagok léteznek. Példák piezoelektromos anyagok természetes módon kaphatók egykristályos kvarc, csont stb. ... Mesterségesen gyártva, mint a PZT kerámia stb.

Piezoelektromos érzékelő működése

A piezoelektromos érzékelő által általában mért fizikai mennyiségek: Gyorsulás és Nyomás. Mind a nyomás, mind a gyorsulásérzékelők a piezoelektromosság ugyanazon elvén működnek, de a fő különbség köztük az, hogy az erő hogyan hat az érzékelő elemükre.

A nyomásérzékelőben egy vékony membránt helyeznek el egy masszív alapon, hogy az alkalmazott erőt átadják a piezoelektromos elem . Ha nyomást gyakorol erre a vékony membránra, a piezoelektromos anyag megterhelődik, és elektromos feszültségeket kezd generálni. Az előállított feszültség arányos az alkalmazott nyomásmennyiséggel.

Ban ben gyorsulásmérők , a szeizmikus tömeget a kristályelemhez erősítik, hogy az alkalmazott erőt piezoelektromos anyagokra vigyék át. Mozgás alkalmazásakor a szeizmikus tömegterhelés a piezoelektromos anyag szerint Newton második törvénye a mozgás. A piezoelektromos anyag töltetet generál, amelyet a mozgás kalibrálásához használnak.

Gyorsuláskompenzáló elemet használnak az a-val együtt nyomásérzékelő mivel ezek az érzékelők fel tudják venni a nem kívánt rezgéseket és hamis leolvasást mutatnak.

Piezoelektromos érzékelő áramkör

A piezoelektromos érzékelő belső áramköre a fenti. A Ri ellenállás a belső ellenállás vagy a szigetelő ellenállása. Az induktivitás a az érzékelő . A Ce kapacitás fordítottan arányos az érzékelő anyag rugalmasságával. Az érzékelő megfelelő reakciója érdekében a terhelésnek és a szivárgásállóságnak elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy az alacsony frekvenciák megmaradjanak. Az érzékelőt nevezhetjük nyomásnak transzduktor elektromos jelben. Az érzékelőket primer átalakítóként is ismerik.

Piezoelektromos érzékelő

Piezoelektromos érzékelők műszaki adatai

A piezoelektromos érzékelők néhány alapvető jellemzője

• • A mérési tartomány: Erre a tartományra mérési korlátok vonatkoznak.

• • S érzékenység: A ∆y kimeneti jel változásának és a ∆x változást kiváltó jel aránya.
    S = ∆y / ∆x.
  • Megbízhatóság: Ez figyelembe veszi az érzékelők azon képességét, hogy a jellemzőket meghatározott határok között, meghatározott üzemi körülmények között tartsák fenn.

Ezek mellett a piezoelektromos érzékelők néhány specifikációja a reakció küszöbét, hibákat, a jelzés idejét stb.

• Ezekben az érzékelőkben az impedancia értéke ≤500Ω.
• Ezek az érzékelők általában körülbelül -20 ° C és + 60 ° C közötti hőmérséklet-tartományban működnek.
• Ezeket az érzékelőket -30 ° C és + 70 ° C közötti hőmérsékleten kell tartani, hogy megakadályozzuk azok lebomlását.
• Ezek az érzékelők nagyon alacsonyak Forrasztás hőfok.
• A piezoelektromos érzékelő feszültségérzékenysége 5 V / µƐ.
• Nagy rugalmasságának köszönhetően a kvarc a legelőnyösebb anyag piezoelektromos érzékelőként.

Piezoelektromos érzékelő Arduino segítségével

Mivel tudnunk kell, mi a piezoelektromos érzékelő, nézzük meg ennek az érzékelőnek az egyszerű alkalmazását az Arduino segítségével. Itt próbálunk egy LED-et váltani, amikor a nyomásérzékelő elegendő erőt érzékel.

Hardver szükséges

• Arduino tábla .
• Piezoelektromos nyomásérzékelő.
• VEZETTE
• 1 MΩ ellenállás.

Kördiagramm:

• Itt az érzékelő vörös vezetékkel jelölt pozitív vezetéke az Arduino kártya A0 analóg tűjéhez csatlakozik, míg a fekete vezetékkel jelölt negatív vezeték a földhöz csatlakozik.
• A piezoelemmel párhuzamosan 1 MΩ ellenállást csatlakoztatunk a piezoelektromos elem által előidézett feszültség és áram korlátozása, valamint az analóg bemenet védelme érdekében a nem kívánt rezgések ellen.
• A LED anód az Arduino digitális D13 érintkezőjéhez, a katód pedig a földhöz van csatlakoztatva.

Áramkör vázlata

Dolgozó

A küszöbérték 100-ra van állítva az áramkörre, hogy az érzékelő ne legyen aktiválva a küszöbértéknél kisebb rezgések esetén. Ezzel kiküszöbölhetjük a nem kívánt kis rezgéseket. Ha az érzékelőelem által generált kimeneti feszültség nagyobb, mint a küszöbérték, a LED megváltoztatja az állapotát, azaz ha MAGAS állapotban van, akkor LOW-ra vált. Ha az érték alacsonyabb, mint a küszöbérték, a LED nem változtatja meg az állapotát, és az előző állapotban marad.

Kód

konst int ledPin = 13 // LED csatlakozik a 13 digitális tűhöz
konst int Érzékelő = A0 // Érzékelő csatlakozik az A0 analóg csaphoz
konst int küszöb = 100 // A küszöbérték 100-ra van állítva
int sensorReading = 0 // változó az érzékelő csapjáról leolvasott érték tárolásához
int ledState = ALACSONY // változó az utolsó LED állapot tárolására, a fény váltására

void setup ()
{
pinMode (ledPin, OUTPUT) // deklarálja a ledPin-t OUTPUT-nak
}

void loop ()
{
// olvassa el az érzékelőt és tárolja a változó érzékelőben
sensorReading = analogRead (érzékelő)

// ha az érzékelő leolvasott értéke meghaladja a küszöbértéket:
if (sensorReading> = küszöb)
{
// váltani a ledPin állapotát:
ledState =! ledState
// frissítse a LED-csapot:
digitalWrite (ledPin, ledState)
késés (10000) // késleltetés
}
más
{
digitalWrite (ledPin, ledState) // a LED kezdeti állapota, azaz LOW.
}
}

Piezoelektromos érzékelő alkalmazások

• • A piezoelektromos érzékelőket használják sokkérzékelés .

• • Aktív piezoelektromos érzékelőket használnak a vastagságmérőhöz, az áramlásérzékelőhöz.

• • Passzív piezoelektromos érzékelőket használnak mikrofonok, gyorsulásmérő, zenei hangszedők stb.

• • A piezoelektromos érzékelőket ultrahang képalkotáshoz is használják.
  • Ezeket az érzékelőket optikai mérésekhez, mikro mozgó mérésekhez, elektroakusztika stb.

Így itt arról van szó, ami a piezoelektromos érzékelő , tulajdonságai, specifikációi és az érzékelő egyszerű összekapcsolása az Arduino kártya segítségével. Ezek az egyszerűen használható érzékelők helyet találnak a különféle alkalmazásokban. Hogyan használta ezeket az érzékelőket a projektben? Mi volt a legnagyobb kihívás, amellyel szembe kellett néznie ezen érzékelők használata közben?