Ti pretvorniki spadajo v podskupino generatorjev, temeljijo na mehansko akumuliranih električnih nabojih. Posledično se razlikuje naslednje razmerje: Q=d P. V tem primeru je d piezoelektrični modul, P pa sila. Praviloma je material kremen, turmalin, žarilne mešanice, barij, svinec. Za načrtovanje piezoelektričnega pretvornika je potrebno uporabiti vzorce obremenitve: stiskanje, upogibanje, striženje, napetost.
Neposredni in povratni piezoelektrični učinek
Za neposredni učinek je značilno naslednje: uporabljeni kristalni material tvori mrežo zaradi nabitih ionov, razporejenih v določenem vrstnem redu. Pri tem se različni delci izmenjujejo in medsebojno kompenzirajo, kar ima za posledico električno nevtralnost. Kristali imajo lastnosti, ki so označene na naslednji način:
- simetrija glede na os;
- glede na prejšnji pogled se prikaže mreža z ioni, ki se izmenjujejo in kompenzirajo.
Če je material, uporabljen v procesu, usmerjen v silo Fx, potemse deformira, spremeni se razdalja med pozitivnimi in negativnimi naboji, smer v dani osi pa se naelektrizira. Vse to je izraženo v formuli q=d11Fx in je sorazmerno s silo. Koeficient je povezan s snovjo in njenim stanjem, ima ime - piezoelektrični modul. Indekse določata moč in rob, če pa spremenite smer, bo učinek drugačen.
Piezoelektrični pretvornik v neposrednem procesu elektrificira kristale pod vplivom zunanjih sil. Ta učinek se pojavi pod vplivom snovi, ki so električarji. Za izdelavo merilnih instrumentov boste potrebovali kremenčeve kristale. To pomeni, da je načelo delovanja piezoelektričnega pretvornika naslednje: z neposrednim učinkom se delovanje izvaja prek mehanike, z obratno pa se kristali deformirajo.
Dodatni piezo učinki
Kristal se lahko polarizira, ko je plošča izpostavljena silam na osi X, Y. Fy – prečno, s Fz brez stroškov. Kristal kremena se nahaja na treh koordinatnih oseh. Za uporabo piezoelektričnih pretvornikov je potrebno rezati ploščo, ki označuje učinek. Ima naslednji opis:
- visoka trdnost;
- dovoljena napetost do 108 N/m2, zato so možne velike merljive sile;
- togost in elastičnost;
- minimalno trenje znotraj;
- stabilnost,ki se ne spremeni;
- Maksimalni faktor kakovosti izdelanega materiala.
Kvarčne plošče se uporabljajo samo v pretvornikih, ki merijo tlak in silo. Glede na trdoto materiala je težko obdelan, zato se iz njega ustvari preprosta oblika. Modul je konstanten pri konstantni temperaturi. Če se poveča, potem v tem primeru pride do zmanjšanja modula. Piezoelektrične lastnosti izginejo pri 573 stopinjah Celzija.
Opis naprave in merilnih vezij
Piezoelektrični tlačni pretvornik ima naslednjo strukturo:
- membrana, ki je dno ohišja;
- zunanja obloga je ozemljena, srednja pa je izolirana s kremenom;
- plošče imajo visoko odpornost, vzporedno povezane;
- folija in notranje jedro kabla sta pritrjena v luknjo, zaprto s pokrovom.
Izhodna moč je minimalna, v zvezi s tem je na voljo ojačevalnik z velikim uporom. V bistvu je napetost odvisna od kapacitivnosti vhodnega vezja. Značilnosti pretvornika kažejo občutljivost in kapacitivnost. V bistvu je to napolnjenost in lastni indikatorji naprave. Če se izračuna skupaj, dobimo naslednjo izhodno moč: Sq =q/F ali Uxx=d11 F/Co.
Za razširitev frekvenčnega območja je potrebno povečati izmerjene nizke spremenljivke proti konstantnemu časovnemu krogu. To je enostavno narediti z vklopomkondenzatorji, ki so nameščeni vzporedno z napravo. V tem primeru se bo izhodna napetost zmanjšala. Povečana odpornost bo razširila obseg brez izgube občutljivosti. Toda za povečanje so potrebne izboljšane izolacijske lastnosti in ojačevalniki z visoko upornim vhodom.
Opis merilnih vezij
Specifična in površinska odpornost določata svoje, glavna komponenta za kremen pa je višja, zato je treba piezoelektrični pretvornik zapečatiti. Posledično se izboljša kakovost, površina pa je zaščitena pred vlago in umazanijo. Senzorska merilna vezja so bila ustvarjena kot visokouporni ojačevalniki, ki so temeljili na izhodni stopnji tranzistorja z učinkom polja in neinvertirnem ojačevalniku z operacijsko napravo. Napetost se dovaja na vhod in izhod.
Vendar je imel ta zastareli piezoelektrični pretvornik pomanjkljivosti:
- odvisnost izhodne napetosti in občutljivosti glede na prostornino senzorja;
- nestabilna zmogljivost, ki se spreminja zaradi temperaturnih razmer.
Napetost ojačevalnika in občutljivost sta določeni z dovoljeno napako, če je vključena stabilna glasnost dopolnjena s C1. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Po transformaciji dobimo: S=Ubx/F. Če se koeficient poveča, se te spremenljivke povečajo. Za merilni krog je značilno:
- stalna časovnica;
- upor R je določen z vhodno ojačenjem, izolacijo senzorjev, kablov in R3;
- MOS tranzistorji so močnejši od terenskih naprav, vendar imajo visoko raven hrupa;
- R3 stabilizira napetost, njena vrednost se izračuna kot ~ 1011 Ohm.
Ko analiziramo zadnjo spremenljivko, lahko domnevamo, da je konstantna časovna vrstica naslednja: t ≦ 1c. Današnje naprave lahko za polnjenje uporabljajo piezoelektrične senzorje z napetostnimi ojačevalniki.
Prednosti naprave
Piezoelektrični pretvornik ima naslednje prednosti:
- enostavna konstrukcijska montaža;
- dimenzije;
- zanesljivost;
- pretvorba mehanske napetosti v električni naboj;
- spremenljivke, ki jih je mogoče hitro izmeriti.
V primeru materiala, kot je kremen, ki je blizu idealnemu stanju telesa, je transformacija mehanike v električni naboj mogoča z minimalno napako od -4 do -6. Vendar pa je razvoj visoko precizne tehnologije izboljšal zmožnost uresničevanja natančnosti brez izgub. Kot rezultat lahko sklepamo, da so ti piezoelektrični pretvorniki najprimernejši za merjenje sil, tlaka in drugih elementov.
PET pospešek ima naslednjo strukturo:
- vsi materiali so pritrjeni na titanovo podlago;
- dva hkrati vklopila piezoelektrična elementaiz kremena;
- inercialna masa visoke gostote, zasnovana za minimalne dimenzije;
- odstranjevanje signala z medeninasto folijo;
- ona pa je povezana s kablom, ki je spajkan;
- senzor, pokrit s pokrovčkom, privitim v osnovo;
- za pritrditev merilnika na predmet odrežite nit.
Kljub masi je senzor precej stabilen in gost. Deluje pri 150 m/s2.
Oblikovne značilnosti pretvornikov
Če je treba izdelati senzor merilnika pospeška, je pomembno, da piezo zaznavne plošče pravilno pritrdite na podlago. To dejanje se izvaja s spajkanjem. Kabel mora izpolnjevati naslednje zahteve:
- izolacijska upornost mora biti visoka;
- zaslon je postavljen poleg dnevne sobe;
- protivibracija;
- prilagodljivost.
To pomeni, da se kabel ne sme tresti na vhodu ojačevalnika. Merilno vezje je ustvarjeno simetrično, tako da ne pride do motenj. V senzorju je povezava asimetrična, upornost vodnikov in ohišje je povezana tako, da se dobi izolacija zunanjih plošč. Za dosego želenega rezultata je potrebno merilnik izdelati iz lihega števila materialov, ki se uporabljajo v procesu. Elementi so pritisnjeni na ojačevalnik skozi luknje v osrednjem delu in skozi izolatorje, ki so priviti na ohišje.
Lastnosti naprav za merjenje vibracij
Za povečanje občutljivosti merilne naprave je potrebno uporabiti piezoelektrične elemente z visokim modulom. tolematerial je položen vzporedno v vrsti in povezan s kovinskimi tesnili in ploščami. Za podoben učinek se lahko še vedno uporabljajo snovi, ki delujejo na upogibanje. Vendar pa so nizkofrekvenčni in slabši od kompresijske mehanike.
Material je lahko bimorfen, običajno se zbira zaporedno ali vzporedno, vse je odvisno od pozitivno lociranih osi. Praviloma sta to dve plošči. Če upoštevamo nevtralno plast, se namesto piezoelektričnega elementa lahko uporabi prekrivka iz kovine s povprečno debelino.
Za merjenje signalov, ki se premikajo dovolj počasi, naredite naslednje:
- piezoelektrični pretvornik, vključen v oscilator;
- kristal je na resonančni frekvenci;
- takoj ko pride do obremenitve, se indikatorji spremenijo.
Danes so piezo merilniki pospeška napredne naprave, ki so lahko visokofrekvenčne, z močno občutljivostjo.
Alternativni vir energije prek pretvornikov
Eno od znanih in neizčrpnih sredstev za pridobivanje električne energije je valovna energija. Takšne postaje so nameščene neposredno v vodnem okolju. Ta pojav je povezan s sončnimi žarki, ki segrejejo maso zraka, zaradi česar nastanejo valovi. Jašek tega pojava ima energijsko intenzivnost, ki jo določajo moč vetra, širina zračnih front, trajanje sunkov.
Vrednost lahko niha v plitvi vodi ali doseže 100 kW na meter. Piezoelektrični pretvornik valovne energije deluje po določenem principu. Nivo vode se dvigne z valom, pri tem se zrak iztisne iz posode. Tokove nato prehaja skozenj z vzvratno turbino. Enota se vrti v določeni smeri, ne glede na gibanje valov.
Ta naprava ima pozitivno lastnost. Do danes izboljšave zasnove ni predvideno, saj sta učinkovitost in princip delovanja dokazana na vse obstoječe načine. V procesu tehnološkega napredka se lahko gradijo plavajoče postaje.
Ultrazvočni piezoelektrični pretvornik
Ta naprava je zasnovana tako, da ne zahteva dodatnih nastavitev. Opremljen je s pomnilniškim blokom, ki daje tehnični rezultat. Nanaša se na kontrolne in merilne naprave. Takšne naprave se razlikujejo po vrsti, tehničnih značilnostih, ki so sestavljene na podlagi projektnih in namenskih podatkov z minimalnimi napakami. Vse zahteve so upoštevane glede na zasnovo.
Za vse takšne naprave je predvidena standardna shema ustvarjanja: detektor napak, ohišje, elektrode, glavni element, ki je pritrjen na podlago, jedro, folija in drugi materiali. Ultrazvočni piezoelektrični pretvornik je uporabni model. Omogoča vam neposredno prejemanje podatkov z uporabo zvoka, nameščenega na dnu naprave.
aplikacije za piezo pretvornike
Naprave zneposredni učinek se uporabljajo v instrumentih, ki merijo silo, tlak, pospešek. Imajo visoko stopnjo pogostosti in ostrine. Aparat s povratnimi informacijami se uporablja pri ultrazvočnih vibracijah, pretvorbi napetosti v deformacijo, uravnoteženju. Če se upoštevata oba učinka hkrati, je ta možnost primerna za piezorezonatorje, ki precej hitro pretvarjajo eno vrsto energije v drugo.
Pozitivne naprave, priključene v nasprotni smeri, delujejo na avtomatskih nihanjih in se uporabljajo v generatorjih. Obseg njihove uporabe je obsežen, saj imajo ob pravilni izdelavi visoko stabilnost. Pogosto se uporablja več piezo resonatorjev za doseganje želenega učinka in pridobivanje pravilnih informacij.
Slabosti pretvornikov
Te naprave imajo ogromno pozitivnih vidikov. Vendar pa imajo tudi negativne lastnosti:
- izhodna upornost - največja;
- merilna vezja in kabli morajo biti ustvarjeni na podlagi strogih zahtev in smernic.
Izračun piezoelektričnega pretvornika na začetku izpelje formulo enačbe za resonančno frekvenco: Fp =0,24 ·c·. Debelina plošče: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energijske značilnosti se izračunajo na naslednji način: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
