Шта је пиезоелектрични претварач? Кружни дијаграм, рад и примене

Испробајте Наш Инструмент За Елиминисање Проблема





У нашем свакодневном животу сусрећемо се са разним ситуацијама у којима морамо мерити физичке величине попут механичког напрезања на метал, нивоа температуре, нивоа притиска итд. За све ове примене потребан нам је уређај који може мерити ове непознате величине у јединицама и нама познате калибрације. Један од таквих уређаја који нам је најкориснији је ТРАНСДУЦЕР . Претварач је електрични уређај који може претворити било коју врсту физичке величине у облик пропорционалне електричне величине било као напон или електрична струја . Из великог базена различитих врста претварача, овај чланак има за циљ да објасни о пиезоелектрични претварачи .

Шта је пиезоелектрични претварач?

Тхе дефиниција пиезоелектричног претварача је електрични претварач који могу претворити било који облик физичка величина у електрични сигнал , који се могу користити за мерење. Електрични претварач који користи својства пиезоелектричних материјала за претварање физичких величина у електричне сигнале познат је као пиезоелектрични претварач.




Пиезоелектрични претварач

Пиезоелектрични претварач

Пиезоелектрични материјали показују својство пиезоелектричност , према којем при примени било које врсте механичког напрезања или напрезања долази до стварања електричног напона пропорционалног примењеном напону. Овај произведени електрични напон може се мерити помоћу напона мерни инструменти за израчунавање вредности напрезања или напрезања нанесеног на материјал.



Врсте пиезоелектричних материјала

Неке од врста пиезоелектричних материјала су:

Природно доступни: Кварц, сол Рошел, топаз, минерали из групе турмалина и неке органске супстанце као свила, дрво, глеђ, кости, коса, гума, дентин. Вештачки производи пиезоелектрични материјали су поливинилиден дифлуорид, ПВДФ или ПВФ2, баријум титанат, оловни титанат, оловни цирконат титанат (ПЗТ), калијум ниобат, литијум ниобат, литијум танталат и друга пиезоелектрична керамика без олова.

Не могу се сви пиезоелектрични материјали користити пиезоелектрични претварачи . Пиезоелектрични материјали који се користе као претварачи морају да буду испуњени. Материјали који се користе за мерење требало би да имају стабилност фреквенције, високе вредности излаза, неосетљиви на екстремне услове температуре и влажности и који могу бити доступни у разним облицима или требају бити флексибилни за производњу у различите облике без нарушавања њихових својстава.


Нажалост, не постоји пиезоелектрични материјал који има сва ова својства. Кварц је високо стабилни кристал који је природно доступан, али има мали ниво излаза. Кварцем се могу мерити споро променљиви параметри. Сол Роцхелле даје највише излазне вредности, али је осетљива на услове околине и не може се користити изнад 1150Ф.

Пиезоелектрични претварач ради

Пиезоелектрични претварач ради са принципом пиезоелектричности. Лица пиезоелектричног материјала, уобичајеног кварца, пресвучена су танким слојем проводног материјала као што је сребро. Када се појаве напрезања, јони у материјалу се померају према једној од проводних површина, одмичући се од друге. То резултира стварањем набоја. Овај набој се користи за калибрацију напрезања. Поларитет произведеног набоја зависи од смера примењеног напрезања. Стрес се може применити у два облика као Ц. омпресивни стрес и Напрезања како је приказано испод.

Рад пиезоелектричног претварача

Рад пиезоелектричног претварача

Формула пиезоелектричног претварача

Оријентација кристала такође утиче на количину генерисаног напона. Кристал у претварачу се може сложити у уздужни положај или попречни положај .

Формула пиезоелектричног претварача

Формула пиезоелектричног претварача

Уздужни и попречни ефекат

У уздужном ефекту, генерисани набој је дат са

К = Ф * д

Где је Ф примењена сила, д је пиезоелектрични коефицијент кристала.

Пиезоелектрични коефицијент д кварцног кристала је око 2,3 * 10-12Ц / Н.

У попречном ефекту, генерисани набој је дат са

К = Ф * д * (б / а)

Када је однос б / а већи од 1, наелектрисање произведено попречним распоредом биће веће од износа генерисаног уздужним распоредом.

Круг пиезоелектричног претварача

Рад основног пиезоелектричног претварача може се објаснити доњом сликом.

Круг пиезоелектричног претварача

Круг пиезоелектричног претварача

Овде се кварцни кристал обложен сребром користи као сензор за генерисање напона када се на њега врши стрес. Појачало наелектрисања користи се за мерење произведеног наелектрисања без расипања. Да би се повукла врло мала струја, отпор Р1 је веома висок. Капацитет оловне жице која повезује претварач и пиезоелектрични сензор такође утиче на калибрацију. Тако је појачало пуњења обично постављено врло близу сензора.

Тако се у пиезоелектричном претварачу када се примењује механичко напрезање ствара пропорционални електрични напон који се појачава помоћу појачала наелектрисања и користи за калибрацију примењеног напона.

Пиезоелектрични ултразвучни претварач

Ултразвучни пиезоелектрични претварач ради на принципу обрнутог пиезоелектрични ефекат . У овом ефекту, када се електрична енергија примени на пиезоелектрични материјал, он подлеже физичким деформацијама пропорционалним примењеном наелектрисању. Коло на ултразвучни претварач је дато у наставку.

Ултразвучни пиезоелектрични претварач

Ултразвучни пиезоелектрични претварач

Ево, кварцни кристал постављен је између две металне плоче А и Б које су повезане са примарним Л3 трансформатора. Примарни трансформатор је индуктивно повезан са електронски осцилатор . Завојнице Л1 и Л2, које чине секундарни елемент трансформатора, повезане су на електронски осцилатор.

Када је батерија УКЉУЧЕНА, осцилатор производи високофреквентне импулсе наизменичног напона фреквенције ф = 1 ÷ (2π√Л1Ц1). Због тога се у Л3 индукује е.м.ф који се преко плоча А и Б. преноси на кварцни кристал. Због обрнутог пиезоелектричног ефекта кристал почиње да се скупља и шири наизменично стварајући тако механичке вибрације.

Резонанција се дешава када фреквенција електронски осцилатор једнак је природној фреквенцији кварца. У овом тренутку производи кварц уздужни ултразвучни таласи велике амплитуде.

Примене пиезоелектричних претварача

  • Како пиезоелектрични материјали не могу мерити статичке вредности, они се првенствено користе за мерење храпавости површине, у акцелерометрима и као детектор вибрација.
  • Користе се у сеизмографи за мерење вибрација у ракетама.
  • У тензометрима за мерење силе, напрезања, вибрација итд.
  • Користи га аутомобилска индустрија за мерење детонација у моторима.
  • Они се користе у ултразвучно сликање у медицинској примени.

Предности и ограничења пиезоелектричних претварача

Предности и ограничења пиезоелектричних претварача укључују следеће.

Предности

  • То су активни претварачи, тј. Они не захтевају спољно напајање за рад и зато се сами генеришу.
  • Високофреквентни одзив ових претварача чини добар избор за разне примене.

Ограничења

  • Температура и услови околине могу утицати на понашање претварача.
  • Они могу мерити само променљиви притисак, па су бескорисни док мере статичке параметре.

Дакле, ово је све о томе Пиезоелектрични претварач , Принцип рада, Формула, Круг са радом, Предности, Ограничења, а такође и Апликације. Из горњих информација постоје разне примене пиезоелектричног претварача о којима смо већ разговарали. За коју апликацију сте користили пиезоелектрични претварач? Какво је било ваше искуство?