Aquests convertidors pertanyen a un subgrup de generadors, es basen en càrregues elèctriques acumulades mecànicament. Com a resultat, es distingeix la següent relació: Q=d P. En aquest cas, d és el mòdul piezoelèctric, i P és la força. Com a regla general, el material és quars, turmalina, mescles de recuit, bari, plom. Per dissenyar un transductor piezoelèctric, cal utilitzar patrons de càrrega: compressió, flexió, cisalla, tensió.
Efecte piezoelèctric directe i invers
L'efecte directe es caracteritza pel següent: el material cristal·lí utilitzat forma una xarxa a causa dels ions carregats disposats en un ordre determinat. En el procés, les partícules diferents s' alternen i es compensen mútuament, donant lloc a la neutralitat elèctrica. Els cristalls tenen característiques que s'indiquen de la següent manera:
- simetria respecte a l'eix;
- tenint en compte la vista anterior, apareix una gelosia amb ions que s' alternen i es compensen.
Si el material utilitzat en el procés es dirigeix a la força Fx, llavorses deforma, la distància entre les càrregues positives i negatives canvia i la direcció en l'eix donat s'electrifica. Tot això s'expressa en la fórmula q=d11Fx i és proporcional a la força. El coeficient s'associa amb la substància i el seu estat, té un nom: el mòdul piezoelèctric. Els índexs estan determinats per la força i la vora, però si canvieu de direcció, l'efecte serà diferent.
El transductor piezoelèctric en el procés directe electrifica els cristalls sota la influència de forces externes. Aquest efecte es produeix sota la influència de substàncies que són electricistes. Per fer instruments de mesura, necessitareu cristalls de quars. És a dir, el principi de funcionament del transductor piezoelèctric és el següent: amb un efecte directe, l'acció es realitza a través de la mecànica, i al revés, els cristalls es deformen.
Efectes piezogràfics addicionals
El cristall es pot polaritzar quan la placa està sotmesa a forces sobre els eixos X i Y. Fy – transversal, amb Fz no hi ha cap càrrec. El cristall de quars es troba en tres eixos de coordenades. Per utilitzar transductors piezoelèctrics cal tallar una placa que indiqui l'efecte. Té la següent descripció:
- alta força;
- tensió permesa fins a 108 N/m2, per tant, són possibles forces mesurables grans;
- rigidesa i elasticitat;
- fricció mínima a l'interior;
- estabilitat,que no canvia;
- Factor de qualitat màxim del material fabricat.
Les plaques de quars només s'utilitzen en transductors que mesuren la pressió i la força. Donada la duresa del material, és difícil de processar, de manera que se'n crea una forma senzilla. El mòdul és constant a temperatura constant. Si augmenta, en aquest cas hi ha una disminució del mòdul. Les propietats piezoelèctriques desapareixen a 573 graus centígrads.
Descripció del dispositiu i circuits de mesura
El transductor de pressió piezoelèctric té l'estructura següent:
- membrana, que és la part inferior de la caixa;
- el revestiment exterior està connectat a terra i el central està aïllat amb quars;
- les plaques tenen una alta resistència, connectades en paral·lel;
- la làmina i el nucli interior del cable es fixen en un forat tancat per una tapa.
La potència de sortida és mínima, en aquest sentit, es proporciona un amplificador amb una gran resistència. Essencialment, la tensió depèn de la capacitat del circuit d'entrada. Les característiques del transductor indiquen sensibilitat i capacitat. Bàsicament, es tracta de la càrrega i dels propis indicadors del dispositiu. Si es calcula en total, s'obtindrà la següent potència de sortida: Sq =q/F o Uxx=d11 F/Co.
Per ampliar el rang de freqüències, cal augmentar les variables baixes mesurades cap a un circuit de temps constant. És fàcil fer-ho activant-locondensadors que es troben en paral·lel amb el dispositiu. En aquest cas, però, la tensió de sortida disminuirà. La resistència que s'ha augmentat ampliarà el rang sense pèrdua de sensibilitat. Però per augmentar-lo, calen qualitats d'aïllament millorades i amplificadors amb una entrada d' alta resistència.
Descripció dels circuits de mesura
La resistència específica i superficial determinen la seva pròpia, i el component principal del quars és més alt, de manera que el transductor piezoelèctric s'ha de segellar. Com a resultat, es millora la qualitat i la superfície es protegeix de la humitat i la brutícia. Els circuits de mesura de sensors es van crear com a amplificadors d' alta resistència, que es basaven en una etapa de sortida de transistor d'efecte de camp i un amplificador no inversor amb un dispositiu operatiu. Es subministra tensió a l'entrada i a la sortida.
No obstant això, aquest transductor piezoelèctric obsolet tenia defectes:
- dependència de la tensió de sortida i la sensibilitat en relació al volum del sensor;
- capacitat inestable que canvia a causa de les condicions de temperatura.
La tensió de l'amplificador i la sensibilitat es determinen per l'error admissible, si el volum estable inclòs es complementa amb C1. Fórmula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Després de la transformació obtenim: S=Ubx/F. Si el coeficient augmenta, respectivament, i aquestes variables augmenten. El circuit de mesura es caracteritza per:
- cronologia constant;
- resistència R es determina pel guany d'entrada, l'aïllament de sensors, cables i R3;
- transistors MOS són més forts que els dispositius de camp, però tenen un nivell de soroll alt;
- R3 estabilitza la tensió, el seu valor es calcula com a ~ 1011 Ohm.
Els
Analitzant l'última variable, podem suposar que la línia de temps constant és la següent: t ≦ 1c. Els dispositius actuals poden utilitzar sensors piezoelèctrics amb amplificadors de tensió per carregar.
Avantatges del dispositiu
El transductor piezoelèctric té els avantatges següents:
- muntatge estructural fàcil;
- dimensions;
- fiabilitat;
- conversió de la tensió mecànica en càrrega elèctrica;
- variables que es poden mesurar ràpidament.
En el cas d'un material com el quars, que s'aproxima a l'estat ideal del cos, la transformació de la mecànica en una càrrega elèctrica és possible amb un error mínim de -4 a -6. Tanmateix, el desenvolupament de la tecnologia d' alta precisió ha millorat la capacitat d'aconseguir una precisió sense pèrdues. Com a resultat, podem concloure que aquests transductors piezoelèctrics són els més adequats per mesurar forces, pressió i altres elements.
L'acceleració
PET té l'estructura següent:
- tots els materials estan units a la base de titani;
- dos elements piezoelèctrics activats simultàniamentde quars;
- massa inercial d' alta densitat dissenyada per a dimensions mínimes;
- eliminació del senyal amb làmina de llautó;
- ella, al seu torn, està connectada a un cable soldat;
- sensor cobert per una tapa cargolada a la base;
- per fixar el mesurador a l'objecte, talla el fil.
Malgrat la massa, el sensor és força estable i dens. Funciona a 150 m/s2.
Funcions de disseny dels convertidors
Si és necessari fabricar un sensor d'acceleròmetre, és important connectar correctament les plaques piezosensores a la base. Aquesta acció es realitza mitjançant soldadura. El cable ha de complir els requisits següents:
- la resistència a l'aïllament hauria de ser alta;
- la pantalla es col·loca al costat de la sala d'estar;
- antivibració;
- flexibilitat.
És a dir, el cable no s'ha de sacsejar a l'entrada de l'amplificador. El circuit de mesura es crea simètricament perquè no es produeixin interferències. En el sensor, la connexió és asimètrica, la resistència dels cables i la carcassa està connectada de manera que s'aconsegueix l'aïllament de les plaques exteriors. Per aconseguir el resultat desitjat, cal que el mesurador estigui fet d'un nombre imparell de materials que s'utilitzen en el procés. Els elements es pressionen contra l'amplificador a través de forats a la part central i a través d'aïllants que es cargolen a la caixa.
Característiques dels dispositius de mesura de vibracions
Per augmentar la sensibilitat del dispositiu de mesura, cal utilitzar elements piezoelèctrics d' alt mòdul. Aixòel material es col·loca en paral·lel en fila i es connecta amb juntes i plaques metàl·liques. Per a un efecte similar, encara es poden utilitzar substàncies que funcionen a la flexió. Tanmateix, són de baixa freqüència i inferiors a la mecànica de compressió.
El material pot ser bimorf, normalment es recull en sèrie o en paral·lel, tot depèn dels eixos situats positivament. Com a regla general, es tracta de dues plaques. Si es té en compte la capa neutra, es pot utilitzar una superposició de metall amb un gruix mitjà en lloc d'un element piezoelèctric.
Per mesurar senyals que es mouen prou lentament, feu el següent:
- transductor piezoelèctric inclòs a l'oscil·lador;
- cristall té una freqüència de ressonància;
- tan aviat com es produeixi la càrrega, els indicadors canviaran.
Avui en dia, els acceleròmetres piezomètrics són dispositius avançats que poden ser d' alta freqüència i amb una gran sensibilitat.
Font d'energia alternativa mitjançant convertidors
Un dels mitjans famosos i inesgotables per generar electricitat és l'energia de les ones. Aquestes estacions estan muntades directament al medi aquàtic. Aquest fenomen s'associa amb els raigs solars, que escalfen la massa d'aire, per la qual cosa sorgeixen les ones. L'eix d'aquest fenomen té una intensitat energètica, que ve determinada per la força del vent, l'amplada dels fronts d'aire, la durada de les ratxes.
El valor pot fluctuar en aigües poc profundes o arribar als 100 kW per metre. El convertidor piezoelèctric d'energia d'ones funciona segons un principi determinat. El nivell de l'aigua puja per mitjà d'una ona, en el procés l'aire s'extreu fora del recipient. A continuació, els fluxos passen per una turbina inversora. La unitat gira en una direcció determinada, independentment del moviment de les ones.
Aquest dispositiu té una característica positiva. Fins avui no es preveu la millora del disseny, perquè l'eficiència i el principi de funcionament s'han comprovat de totes les maneres existents. En el procés de progrés tecnològic, es poden construir estacions flotants.
Transductor piezoelèctric per ultrasons
Aquest dispositiu està dissenyat de manera que no requereix configuracions addicionals. Està equipat amb un bloc de memòria, que dóna el resultat tècnic. Es refereix als dispositius de control i mesura. Aquests dispositius es diferencien pel tipus i les característiques tècniques, que es compilen a partir de dades de disseny i finalitat amb errors mínims. Tots els requisits es consideren segons el disseny.
Per a tots aquests dispositius, s'ofereix un esquema de creació estàndard: un detector de defectes, una carcassa, elèctrodes, l'element principal que es fixa a la base, un nucli, una làmina i altres materials. Un transductor piezoelèctric ultrasònic és un model d'utilitat. Et permet rebre dades directament mitjançant el so instal·lat a la base del dispositiu.
Aplicacions de transductor piezoel·lèrgic
Dispositius ambL'efecte directe s'utilitzen en instruments que mesuren força, pressió, acceleració. Tenen un alt nivell de freqüència i duresa. L'aparell amb retroalimentació s'utilitza en vibracions ultrasòniques, la conversió de l'estrès en deformació, l'equilibri. Si es tenen en compte tots dos efectes al mateix temps, aquesta opció és adequada per a piezoresonadors que converteixen un tipus d'energia en un altre amb força rapidesa.
Els dispositius positius, connectats en sentit contrari, funcionen amb oscil·lacions automàtiques i s'utilitzen en generadors. L'abast de la seva aplicació és ampli, ja que tenen una gran estabilitat quan es creen correctament. Sovint, s'utilitzen diversos ressonadors piezoelèctrics per aconseguir l'efecte desitjat i obtenir la informació correcta.
Inconvenients dels convertidors
Aquests dispositius tenen un gran nombre d'aspectes positius. Tanmateix, també tenen característiques negatives:
- resistència de sortida - màxim;
- circuits i cables de mesura s'han de crear d'acord amb requisits i directrius estrictes.
Els
El càlcul del transductor piezoelèctric deriva inicialment de la fórmula de l'equació per a la freqüència de ressonància: Fp =0,24 ·c·. Gruix de la placa: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Les característiques energètiques es calculen de la següent manera: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
