Ikdienas dzīvē mēs sastopamies ar dažādām situācijām, kad mums jāmēra fizikālie lielumi, piemēram, metāla mehāniskais spriegums, temperatūras līmeņi, spiediena līmeņi utt. Visiem šiem lietojumiem mums ir nepieciešama ierīce, kas šos nezināmos daudzumus varētu izmērīt vienībās un mums pazīstami kalibrējumi. Viena šāda ierīce, kas mums ir visnoderīgākā, ir PĀRDEVĒJS . Pārveidotājs ir elektriska ierīce, kas var pārveidot jebkura veida fizisko daudzumu proporcionāla elektriskā daudzuma veidā vai nu kā spriegumu, vai kā spriegumu. elektriskā strāva . Šī raksta mērķis ir izskaidrot plašo dažāda veida pārveidotāju kopu pjezoelektriskie devēji .
Kas ir pjezoelektriskais devējs?
The pjezoelektriskā devēja definīcija ir elektriskais devējs kas var pārveidot jebkura veida fiziskais daudzums elektriskajā signālā , kuru var izmantot mērīšanai. Elektriskais devējs, kas izmanto pjezoelektrisko materiālu īpašības fizikālo lielumu pārveidošanai elektriskos signālos, ir pazīstams kā a pjezoelektriskais devējs.
Pjezoelektriskais devējs
Pjezoelektriskajiem materiāliem piemīt pjezoelektrība , saskaņā ar kuru, piemērojot jebkura veida mehānisko spriedzi vai spriedzi, elektriskā sprieguma veidošanās ir proporcionāla pielietotajam spriegumam. Šo radīto elektrisko spriegumu var izmērīt, izmantojot spriegumu mērinstrumenti lai aprēķinātu materiālam piemērotā sprieguma vai slodzes vērtību.
Pjezoelektrisko materiālu veidi
Daži no pjezoelektrisko materiālu veidiem ir:
Dabiski pieejamie: Kvarcs, Ročelas sāls, Topāzs, Turmalīna grupas minerāli un dažas organiskas vielas kā zīds, koks, emalja, kauli, mati, gumija, dentīns. Mākslīgi ražo pjezoelektriskie materiāli ir polivinilidēndifluorīds, PVDF vai PVF2, bārija titanāts, svina titanāts, svina cirkonāta titanāts (PZT), kālija niobāts, litija niobāts, litija tantalāts un cita bez svina pjezoelektriskā keramika.
Ne visus pjezoelektriskos materiālus var izmantot pjezoelektriskie devēji . Ir noteiktas prasības, kas jāievēro pjezoelektriskajiem materiāliem, kurus izmanto kā pārveidotājus. Materiāliem, ko izmanto mērījumu veikšanai, jābūt ar frekvences stabilitāti, lielām izejas vērtībām, nejutīgiem pret ārkārtējiem temperatūras un mitruma apstākļiem un kuriem var būt dažādas formas, vai arī tiem jābūt elastīgiem, lai tos varētu izgatavot dažādās formās, netraucējot to īpašības.
Diemžēl nav pjezoelektriskā materiāla, kam būtu visas šīs īpašības. Kvarcs ir ļoti stabils kristāls, kas ir dabiski pieejams, bet tam ir mazs izejas līmenis. Ar kvarca palīdzību var izmērīt lēnām mainīgus parametrus. Rochelle sāls dod visaugstākās izlaides vērtības, taču tas ir jutīgs pret vides apstākļiem un to nevar darbināt virs 1150F.
Pjezoelektriskais devējs darbojas
Pjezoelektriskais devējs darbojas pēc pjezoelektriskuma principa. Pjezoelektriskā materiāla, parasti kvarca, virsmas ir pārklātas ar plānu vadoša materiāla slāni, piemēram, sudrabu. Kad spriegums ir iedarbojies, materiāla joni virzās uz vienu no vadošās virsmas, vienlaikus attālinoties no otras. Tā rezultātā rodas lādiņš. Šo lādiņu izmanto stresa kalibrēšanai. Izgatavotā lādiņa polaritāte ir atkarīga no pielietotā sprieguma virziena. Stresu var pielietot divos veidos kā C nomācošs stress un Stiepes spriegums kā parādīts zemāk.
Pjezoelektriskā pārveidotāja darbība
Pjezoelektriskā devēja formula
Kristāla orientācija ietekmē arī radītā sprieguma daudzumu. Devēja kristālu var sakārtot gareniskais stāvoklis vai šķērsvirziena stāvoklis .
Pjezoelektriskā devēja formula
Gareniskais un šķērsvirziena efekts
Gareniskajā efektā radīto lādiņu dod
Q = F * d
Kur F ir pielietotais spēks, d ir kristāla pjezoelektriskais koeficients.
Kvarca kristāla pjezoelektriskais koeficients d ir aptuveni 2,3 * 10-12C / N.
Šķērsvirziena efektā radīto lādiņu dod
Q = F * d * (b / a)
Kad attiecība b / a ir lielāka par 1, šķērsvirzienā izveidotā lādiņa būs lielāka par summu, ko rada gareniskais izvietojums.
Pjezoelektriskā devēja ķēde
Pjezoelektriskā pamata devēja darbību var izskaidrot ar zemāk redzamo attēlu.
Pjezoelektriskā devēja ķēde
Šeit kvarca kristāls, kas pārklāts ar sudrabu, tiek izmantots kā sensors, lai radītu spriegumu, kad tam tiek piemērots stress. Uzlādes pastiprinātājs tiek izmantots, lai izmērītu saražoto lādiņu bez izkliedes. Lai novilktu ļoti zemu strāvu, pretestība R1 ir ļoti augsta. Svina stieples kapacitāte, kas savieno pārveidotāju un pjezoelektriskais sensors ietekmē arī kalibrēšanu. Tātad uzlādes pastiprinātājs parasti tiek novietots ļoti tuvu sensoram.
Tātad pjezoelektriskajā pārveidotājā, kad tiek piemērots mehāniskais spriegums, tiek ģenerēts proporcionāls elektriskais spriegums, kuru pastiprina, izmantojot lādiņa pastiprinātāju, un ko izmanto pieliktā sprieguma kalibrēšanai.
Pjezoelektriskais ultraskaņas devējs
Ultraskaņas pjezoelektriskais devējs darbojas pēc pretējā principa pjezoelektriskais efekts . Šajā gadījumā, pieslēdzot elektrību pjezoelektriskam materiālam, tas piedzīvo fiziskas deformācijas, kas ir proporcionālas pielietotajam lādiņam. Ķēde ultraskaņas devējs ir dots zemāk.
Ultraskaņas pjezoelektriskais devējs
Lūk, kvarca kristāls ir novietots starp divām metāla plāksnēm A un B, kas savienotas ar transformatora primāro L3. Transformatora primārais ir induktīvi savienots ar elektroniskais oscilators . Spoles L1 un L2, kas veido transformatora sekundāro, ir savienotas ar elektronisko oscilatoru.
Kad akumulators ir ieslēgts, oscilators rada augstas frekvences maiņstrāvas impulsus ar frekvenci f = 1 ÷ (2π√L1C1). Tādēļ L3 tiek inducēts e.m.f, kas caur plāksnēm A un B. tiek pārnests uz kvarca kristālu. Pretējā pjezoelektriskā efekta dēļ kristāls sāk sarauties un paplašināties, radot mehāniskas vibrācijas.
Rezonanse notiek, kad elektroniskais oscilators ir vienāds ar kvarca dabisko frekvenci. Šajā brīdī kvarcs ražo gareniskie ultraskaņas viļņi ar lielu amplitūdu.
Pjezoelektrisko devēju lietojumprogrammas
- Tā kā pjezoelektriskie materiāli nevar izmērīt statiskās vērtības, tos galvenokārt izmanto virsmas raupjuma mērīšanai, akselerometros un kā vibrācijas uztvērēju.
- Tie tiek izmantoti seismogrāfi lai mērītu vibrācijas raķetēs.
- Sprieguma mērierīcēs, lai izmērītu spēku, spriedzi, vibrācijas utt.
- Izmanto automobiļu rūpniecība, lai izmērītu detonācijas motoros.
- Tie tiek izmantoti ultraskaņas attēlveidošana medicīnas lietojumos.
Pjezoelektrisko pārveidotāju priekšrocības un ierobežojumi
Pjezoelektrisko pārveidotāju priekšrocības un ierobežojumi ietver sekojošo.
Priekšrocības
- Tie ir aktīvi pārveidotāji, t.i., tiem nav nepieciešama ārēja enerģija, lai strādātu, un tāpēc tie ir pašražotāji.
- Šo pārveidotāju augstfrekvences reakcija ir laba izvēle dažādiem lietojumiem.
Ierobežojumi
- Temperatūra un vides apstākļi var ietekmēt devēja darbību.
- Viņi var izmērīt tikai mainīgo spiedienu, tāpēc tie ir bezjēdzīgi, mērot statiskos parametrus.
Tādējādi tas ir viss Pjezoelektriskais devējs , Darba princips, formula, ķēde ar darbu, priekšrocības, ierobežojumi un arī lietojumi. No iepriekš minētās informācijas ir dažādi pjezoelektrisko devēju pielietojumi, kā mēs to esam apsprieduši. Kurai lietošanai esat izmantojis pjezoelektrisko pārveidotāju? Kāda bija jūsu pieredze?
