A mindennapi életünkben különféle helyzetekkel találkozunk, amikor meg kell mérnünk a fizikai mennyiségeket, például a fémre kifejtett mechanikai igénybevételt, a hőmérsékleti szinteket, a nyomásszinteket stb.. Mindezekhez az alkalmazásokhoz szükségünk van egy eszközre, amely ezeket az ismeretlen mennyiségeket egységekben mérheti. számunkra ismerős kalibrációk. Az egyik ilyen eszköz számunkra a leghasznosabb a TRANSZDUKTOR . A jelátalakító olyan elektromos eszköz, amely bármilyen típusú fizikai mennyiséget képes átalakítani arányos elektromos mennyiség formájában, akár feszültségként, akár feszültségként. elektromos áram . Ez a cikk a különféle típusú átalakítók nagy készletéből kíván magyarázatot adni piezoelektromos átalakítók .
Mi az a piezoelektromos jelátalakító?
A a piezoelektromos jelátalakító meghatározása egy elektromos átalakító amely bármilyen formát képes átalakítani fizikai mennyiség elektromos jellé , amelyet mérésre lehet használni. Egy olyan elektromos átalakító, amely piezoelektromos anyagok tulajdonságait használja a fizikai mennyiségek elektromos jelekké történő átalakításához, a piezoelektromos átalakító.
Piezoelektromos jelátalakító
A piezoelektromos anyagok a piezoelektromosság , amely szerint bármilyen típusú mechanikai igénybevétel vagy igénybevétel esetén az alkalmazott feszültséggel arányos elektromos feszültség keletkezik. Ez az előállított elektromos feszültség feszültség segítségével mérhető mérőműszerek az anyagra kifejtett igénybevétel vagy megterhelés értékének kiszámításához.
A piezoelektromos anyagok típusai
Néhány piezoelektromos anyagtípus a következő:
Természetesen elérhetőek: Kvarc, Rochelle-só, Topáz, Turmalin-csoport ásványi anyagok és néhány szerves anyag, mint selyem, fa, zománc, csont, haj, gumi, dentin. Mesterségesen gyárt piezoelektromos anyagok polivinilidén-difluorid, PVDF vagy PVF2, bárium-titanát, ólom-titanát, ólom-cirkonát-titanát (PZT), kálium-niobát, lítium-niobát, lítium-tantalát és más ólommentes piezoelektromos kerámiák.
Nem minden piezoelektromos anyag használható piezoelektromos átalakítók . Bizonyos követelményeknek meg kell felelniük a jelátalakítóként használt piezoelektromos anyagoknak. A mérési célokra használt anyagoknak frekvenciastabilitással, magas kimeneti értékekkel kell rendelkezniük, érzéketlennek kell lenniük a szélsőséges hőmérsékleti és páratartalmi viszonyok között, és különféle formákban kaphatók, vagy rugalmasaknak kell lenniük ahhoz, hogy különféle formákban lehessen őket gyártani anélkül, hogy azok tulajdonságait megzavarnák.
Sajnos nincs olyan piezoelektromos anyag, amely rendelkezik mindezekkel a tulajdonságokkal. Kvarc egy rendkívül stabil kristály, amely természetesen rendelkezésre áll, de kicsi a kimeneti szintje. Lassan változó paraméterek mérhetők kvarccal. A Rochelle-só adja a legmagasabb kibocsátási értékeket, de érzékeny a környezeti viszonyokra, és nem üzemeltethető 1150F felett.
A piezoelektromos jelátalakító működik
Piezoelektromos jelátalakító a piezoelektromosság elvével működik. A piezoelektromos anyag, a szokásos kvarc felülete vékony vezető anyagú réteggel van bevonva, például ezüsttel. Amikor a stressz hatására az ionok az anyagban az egyik vezető felület felé mozognak, miközben eltávolodnak a másiktól. Ez a töltés keletkezését eredményezi. Ezt a töltést használják a stressz kalibrálására. Az előállított töltés polaritása az alkalmazott feszültség irányától függ. A stressz két formában alkalmazható C-ként nyomasztó stressz és Húzófeszültség az alábbiak szerint.
Piezoelektromos jelátalakító működése
Piezoelektromos átalakító képlete
A kristály orientációja befolyásolja a keletkező feszültség mennyiségét is. A jelátalakító kristálya elrendezhető hosszanti helyzetét vagy keresztirányú helyzet .
Piezoelektromos átalakító képlete
Hosszirányú és keresztirányú hatás
A hosszanti hatásban a keletkező töltetet az adja
Q = F * d
Ahol F az alkalmazott erő, d a kristály piezoelektromos együtthatója.
A kvarckristály d piezoelektromos együtthatója körülbelül 2,3 * 10-12C / N.
A keresztirányú hatásban a keletkező töltetet az adja
Q = F * d * (b / a)
Ha a b / a arány nagyobb, mint 1, akkor a keresztirányú elrendezéssel előállított töltés nagyobb lesz, mint a hosszirányú elrendezés által létrehozott mennyiség.
Piezoelektromos átalakító áramkör
Az alapvető piezoelektromos átalakító működése az alábbi ábrával magyarázható.
Piezoelektromos átalakító áramkör
Itt ezüsttel bevont kvarckristályt használnak érzékelőként feszültség előállítására, amikor rá feszül. Töltőerősítővel mérjük a keletkezett töltetet disszipáció nélkül. Nagyon alacsony áram felvételéhez az R1 ellenállás nagyon magas. Az átalakítót összekötő ólomhuzal kapacitása és piezoelektromos érzékelő a kalibrálást is befolyásolja. Tehát a töltőerősítő általában nagyon közel van az érzékelőhöz.
Tehát egy piezoelektromos átalakítóban mechanikai igénybevétel esetén arányos elektromos feszültség keletkezik, amelyet töltéserősítővel felerősítenek és az alkalmazott feszültség kalibrálásához használnak.
Piezoelektromos ultrahangos jelátalakító
Az ultrahangos piezoelektromos átalakító a fordított elv alapján működik piezoelektromos hatás . Ennek eredményeként, amikor a piezoelektromos anyagra villamos energiát alkalmaznak, fizikai deformációkat hajtanak végre az alkalmazott töltéssel arányosan. Az áramkör ultrahangos jelátalakító az alábbiakban adjuk meg.
Ultrahangos piezoelektromos jelátalakító
Itt a kvarckristály két A és B fémlemez közé van helyezve, amelyek a transzformátor primer L3-hoz vannak csatlakoztatva. A transzformátor primerje induktívan kapcsolódik a elektronikus oszcillátor . A transzformátor másodlagos részét képező L1 és L2 tekercsek csatlakoznak az elektronikus oszcillátorhoz.
Az akkumulátor bekapcsolásakor az oszcillátor nagyfrekvenciás váltakozó feszültségű impulzusokat generál f = 1 ÷ (2π√L1C1) frekvenciával. Emiatt az L3-ban egy e.m.f indukálódik, amely az A és B lemezeken keresztül a kvarckristályba kerül. A fordított piezoelektromos hatásnak köszönhetően a kristály alternatív módon elkezd összehúzódni és tágulni, ezáltal mechanikus rezgéseket hozva létre.
A rezonancia akkor következik be, amikor a elektronikus oszcillátor egyenlő a kvarc természetes frekvenciájával. Ezen a ponton a kvarc termel hosszanti ultrahangos hullámok nagy amplitúdójú.
Piezoelektromos jelátalakító alkalmazások
- Mivel a piezoelektromos anyagok nem képesek statikus értékek mérésére, ezeket elsősorban a felület érdességének mérésére, gyorsulásmérőkben és rezgésfelvételként használják.
- Ban használják szeizmográfok hogy mérjék a rakéták rezgéseit.
- Nyúlásmérőkben az erő, a feszültség, a rezgések stb. Mérésére
- Az autóipar a robbanások mérésére használja a motorokat.
- Ezeket használják ultrahangos képalkotás orvosi alkalmazásokban.
A piezoelektromos átalakítók előnyei és korlátai
A piezoelektromos átalakítók előnyei és korlátai a következők.
Előnyök
- Ezek aktív jelátalakítók, vagyis nem igényelnek külső energiát a munkavégzéshez, ezért önmagukat generálják.
- Ezeknek az átalakítóknak a nagyfrekvenciás válasza jó választást jelent a különböző alkalmazásokhoz.
Korlátozások
- A hőmérséklet és a környezeti viszonyok befolyásolhatják a jelátalakító viselkedését.
- Csak a változó nyomást tudják mérni, így haszontalanok a statikus paraméterek mérése közben.
Így erről van szó Piezoelektromos jelátalakító , Működési elv, képlet, áramkör a munkával, előnyök, korlátozások és alkalmazások. A fenti információk alapján a piezoelektromos jelátalakító különféle alkalmazásokat kínál, amint azt már tárgyaltuk. Melyik alkalmazáshoz használta a piezoelektromos átalakítót? Milyen volt a tapasztalata?
