Tieto meniče patria do podskupiny generátorov, sú založené na mechanicky nahromadených elektrických nábojoch. V dôsledku toho sa rozlišuje nasledujúci vzťah: Q=d P. V tomto prípade d je piezoelektrický modul a P je sila. Materiálom je spravidla kremeň, turmalín, žíhacie zmesi, bárium, olovo. Na návrh piezoelektrického meniča je potrebné použiť vzory zaťaženia: tlak, ohyb, šmyk, ťah.
Priamy a reverzný piezoelektrický efekt
Priamy účinok je charakterizovaný nasledovným: použitý kryštalický materiál vytvára mriežku vďaka nabitým iónom usporiadaným v určitom poradí. V tomto procese sa rôzne častice striedajú a vzájomne kompenzujú, čo vedie k elektrickej neutralite. Kryštály majú vlastnosti, ktoré sú označené nasledovne:
- symetria vzhľadom na os;
- vzhľadom na predchádzajúci pohľad sa objaví mriežka s iónmi, ktoré sa striedajú a kompenzujú.
Ak je materiál použitý v procese nasmerovaný na silu Fx, potomsa deformuje, mení sa vzdialenosť medzi kladným a záporným nábojom a smer v danej osi je elektrifikovaný. Toto všetko je vyjadrené vo vzorci q=d11Fx a je úmerné sile. Koeficient je spojený s látkou a jej stavom, má názov - piezoelektrický modul. Indexy sú určené silou a okrajom, ale ak zmeníte smer, efekt bude iný.
Piezoelektrický menič v priamom procese elektrizuje kryštály pod vplyvom vonkajších síl. Tento efekt sa vyskytuje pod vplyvom látok, ktoré sú elektrikári. Na výrobu meracích prístrojov budete potrebovať kryštály kremeňa. To znamená, že princíp činnosti piezoelektrického meniča je nasledovný: s priamym účinkom sa činnosť uskutočňuje prostredníctvom mechaniky a naopak sa kryštály deformujú.
Ďalšie piezo efekty
Kryštál môže byť polarizovaný, keď je platňa vystavená silám na osiach X, Y. Fy – priečne, s Fz nevznikajú žiadne poplatky. Kryštál kremeňa je umiestnený na troch súradnicových osiach. Aby bolo možné použiť piezoelektrické meniče, je potrebné odrezať platňu, ktorá indikuje účinok. Má nasledujúci popis:
- vysoká pevnosť;
- povolené napätie do 108 N/m2, preto sú možné veľké merateľné sily;
- pevnosť a elasticita;
- minimálne vnútorné trenie;
- stabilita,čo sa nemení;
- Maximálny faktor kvality vyrobeného materiálu.
Kremenné doštičky sa používajú iba v prevodníkoch, ktoré merajú tlak a silu. Vzhľadom na tvrdosť materiálu je náročný na spracovanie, preto z neho vzniká jednoduchý tvar. Modul je konštantný pri konštantnej teplote. Ak sa zvýši, potom v tomto prípade dôjde k poklesu modulu. Piezoelektrické vlastnosti zmiznú pri 573 stupňoch Celzia.
Popis zariadenia a meracích obvodov
Piezoelektrický tlakový menič má nasledujúcu štruktúru:
- membrána, čo je spodná časť puzdra;
- vonkajšia podšívka je uzemnená a stredná je izolovaná kremeňom;
- platničky majú vysoký odpor, zapojené paralelne;
- fólia a vnútorné jadro kábla sú upevnené v otvore uzavretom vekom.
Výstupný výkon je minimálny, v tomto smere je k dispozícii zosilňovač s veľkým odporom. Napätie v podstate závisí od kapacity vstupného obvodu. Charakteristiky prevodníka označujú citlivosť a kapacitu. V podstate ide o nabitie a vlastné indikátory zariadenia. Ak sa vypočíta celkovo, získa sa nasledujúci výstupný výkon: Sq =q/F alebo Uxx=d11 F/Co.
Pre rozšírenie frekvenčného rozsahu je potrebné zvýšiť namerané nízke premenné smerom k obvodu konštantného času. Je ľahké to urobiť zapnutímkondenzátory, ktoré sú umiestnené paralelne so zariadením. V tomto prípade sa však výstupné napätie zníži. Zvýšený odpor rozšíri rozsah bez straty citlivosti. Na jej zvýšenie sú však potrebné lepšie izolačné vlastnosti a zosilňovače s vysokoodporovým vstupom.
Popis meracích obvodov
Špecifický a povrchový odpor určujú svoje vlastné a hlavná zložka pre kremeň je vyššia, takže piezoelektrický menič musí byť utesnený. Výsledkom je zlepšenie kvality a ochrana povrchu pred vlhkosťou a nečistotami. Senzorové meracie obvody boli vytvorené ako vysokoodporové zosilňovače, ktoré boli založené na tranzistorovom koncovom stupni s efektom poľa a neinvertujúcom zosilňovači s operačným zariadením. Napätie sa privádza na vstup a výstup.
Tento zastaraný piezoelektrický menič mal však nedostatky:
- závislosť výstupného napätia a citlivosti vo vzťahu k hlasitosti snímača;
- nestabilná kapacita, ktorá sa mení v dôsledku teplotných podmienok.
Napätie zosilňovača a citlivosť sú určené dovolenou chybou, ak je zahrnutá stabilná hlasitosť doplnená o C1. Vzorec: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Po transformácii dostaneme: S=Ubx/F. Ak sa koeficient zvýši, resp., a tieto premenné sa zvýšia. Merací obvod je charakterizovaný:
- konštantná časová os;
- odpor R je určený vstupným ziskom, izoláciou snímačov, káblov a R3;
- tranzistory MOS sú silnejšie ako prevádzkové zariadenia, ale majú vysokú úroveň šumu;
- R3 stabilizuje napätie, jeho hodnota sa vypočíta ako ~ 1011 Ohm.
Pri analýze poslednej premennej môžeme predpokladať, že konštantná časová os je nasledovná: t ≦ 1c. Zariadenia dnes môžu na nabíjanie používať piezoelektrické senzory so zosilňovačmi napätia.
Výhody zariadenia
Piezoelektrický menič má nasledujúce výhody:
- jednoduchá konštrukčná montáž;
- dimensions;
- spoľahlivosť;
- premena mechanického napätia na elektrický náboj;
- premenné, ktoré možno rýchlo merať.
V prípade materiálu ako kremeň, ktorý sa blíži ideálnemu stavu tela, je premena mechaniky na elektrický náboj možná s minimálnou chybou -4 až -6. Vývoj vysoko presnej technológie však zlepšil schopnosť realizovať bezstratovú presnosť. Výsledkom je, že tieto piezoelektrické meniče sú najvhodnejšie na meranie síl, tlaku a iných prvkov.
Zrýchlenie PET má nasledujúcu štruktúru:
- všetky materiály sú pripevnené k titánovej základni;
- dva súčasne zapnuté piezoelektrické prvkyz kremeňa;
- zotrvačná hmota s vysokou hustotou navrhnutá pre minimálne rozmery;
- odstránenie signálu mosadznou fóliou;
- ona je zasa pripojená ku káblu, ktorý je spájkovaný;
- senzor zakrytý krytkou naskrutkovanou do základne;
- ak chcete meter pripevniť na predmet, odrežte závit.
Napriek hmotnosti je snímač celkom stabilný a hustý. Pracuje pri rýchlosti 150 m/s2.
Konštrukčné prvky prevodníkov
Ak je potrebné vyrobiť senzor akcelerometra, je dôležité správne pripevniť piezo-snímacie dosky k základni. Táto akcia sa vykonáva spájkovaním. Kábel musí spĺňať nasledujúce požiadavky:
- izolačný odpor by mal byť vysoký;
- obrazovka je umiestnená vedľa obývačky;
- antivibračné;
- flexibilita.
To znamená, že káblom by sa na vstupe zosilňovača nemalo triasť. Merací obvod je vytvorený symetricky, aby nedochádzalo k rušeniu. V snímači je zapojenie asymetrické, odpor vodičov a puzdro je zapojené tak, aby sa získala izolácia vonkajších dosiek. Na dosiahnutie požadovaného výsledku je potrebné, aby bol merač vyrobený z nepárneho počtu materiálov, ktoré sa v procese používajú. Prvky sú pritlačené k zosilňovaču cez otvory v strednej časti a cez izolátory, ktoré sú priskrutkované k puzdru.
Funkcie zariadení na meranie vibrácií
Pre zvýšenie citlivosti meracieho zariadenia je potrebné použiť vysokomodulové piezoelektrické prvky. Totomateriál je položený paralelne v rade a spojený s kovovými tesneniami a doskami. Pre podobný efekt možno ešte použiť látky, ktoré pôsobia na ohýbanie. Majú však nízku frekvenciu a sú horšie ako kompresná mechanika.
Materiál môže byť bimorfný, zvyčajne sa zhromažďuje v sérii alebo paralelne, všetko závisí od pozitívne umiestnených osí. Spravidla ide o dva taniere. Ak sa berie do úvahy neutrálna vrstva, namiesto piezoelektrického prvku možno použiť prekrytie z kovu s priemernou hrúbkou.
Na meranie signálov, ktoré sa pohybujú dostatočne pomaly, postupujte takto:
- piezoelektrický menič zahrnutý v oscilátore;
- kryštál je na rezonančnej frekvencii;
- hneď ako dôjde k zaťaženiu, indikátory sa zmenia.
Dnes sú piezoakcelerometre pokročilé zariadenia, ktoré môžu byť vysokofrekvenčné so silnou citlivosťou.
Alternatívny zdroj energie prostredníctvom konvertorov
Jedným zo slávnych a nevyčerpateľných prostriedkov na výrobu elektriny je energia vĺn. Takéto stanice sú namontované priamo vo vodnom prostredí. Tento jav je spojený so slnečnými lúčmi, ktoré ohrievajú masu vzduchu, vďaka čomu vznikajú vlny. Hriadeľ tohto javu má energetickú náročnosť, ktorá je určená silou vetra, šírkou vzdušných frontov, trvaním nárazov.
Hodnota môže v plytkej vode kolísať alebo môže dosiahnuť 100 kW na meter. Piezoelektrický menič energie vĺn pracuje podľa určitého princípu. Hladina vody stúpa pomocou vlny, pričom sa z nádoby vytláča vzduch. Prúdy potom prechádzajú cez reverznú turbínu. Jednotka sa otáča v určitom smere bez ohľadu na pohyb vĺn.
Toto zariadenie má pozitívnu vlastnosť. Až do dnešného dňa sa nepredpokladá zlepšenie dizajnu, pretože účinnosť a princíp fungovania boli preukázané všetkými existujúcimi spôsobmi. V procese technologického pokroku môžu byť postavené plávajúce stanice.
Ultrazvukový piezoelektrický menič
Toto zariadenie je navrhnuté tak, aby si nevyžadovalo ďalšie nastavenia. Je vybavený pamäťovým blokom, ktorý dáva technický výsledok. Vzťahuje sa na ovládacie a meracie zariadenia. Takéto zariadenia sa líšia typom, technickými charakteristikami, ktoré sú zostavené na základe konštrukčných a účelových údajov s minimálnymi chybami. Všetky požiadavky sa berú do úvahy na základe dizajnu.
Pre všetky takéto zariadenia je poskytnutá štandardná schéma vytvorenia: defektoskop, kryt, elektródy, hlavný prvok, ktorý je pripevnený k základni, jadro, fólia a iné materiály. Ultrazvukový piezoelektrický menič je úžitkovým vzorom. Umožňuje vám prijímať dáta priamo pomocou zvuku nainštalovaného na základni zariadenia.
Aplikácie piezomeniča
Zariadenia spriamy účinok sa používajú v prístrojoch, ktoré merajú silu, tlak, zrýchlenie. Majú vysokú úroveň frekvencie a tvrdosti. Prístroj so spätnou väzbou sa používa pri ultrazvukových vibráciách, premene napätia na deformáciu, vyvažovaní. Ak sa berú do úvahy oba efekty súčasne, potom je táto možnosť vhodná pre piezorezonátory, ktoré pomerne rýchlo premieňajú jeden typ energie na iný.
Pozitívne zariadenia zapojené v opačnom smere fungujú na automatických osciláciách a používajú sa v generátoroch. Rozsah ich použitia je rozsiahly, pretože pri správnom vytvorení majú vysokú stabilitu. Na dosiahnutie požadovaného efektu a získanie správnych informácií sa často používa niekoľko piezo rezonátorov.
Nevýhody konvertorov
Tieto zariadenia majú obrovské množstvo pozitívnych aspektov. Majú však aj negatívne vlastnosti:
- výstupný odpor - maximálny;
- meracie obvody a káble musia byť vytvorené na základe prísnych požiadaviek a smerníc.
Výpočet piezoelektrického meniča na začiatku odvodí vzorec rovnice pre rezonančnú frekvenciu: Fp =0,24 ·c·. Hrúbka dosky: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energetické charakteristiky sa vypočítajú takto: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
