Bu dönüştürücüler, bir jeneratör alt grubuna aittir, mekanik olarak birikmiş elektrik yüklerine dayanırlar. Sonuç olarak, aşağıdaki ilişki ayırt edilir: Q=d P. Bu durumda, d piezoelektrik modüldür ve P kuvvettir. Kural olarak, malzeme kuvars, turmalin, tavlama karışımları, baryum, kurşundur. Bir piezoelektrik dönüştürücü tasarlamak için yük kalıplarını kullanmak gerekir: sıkıştırma, bükme, kesme, gerilim.
Doğrudan ve ters piezoelektrik etki
Doğrudan etki şu şekilde karakterize edilir: kullanılan kristalli malzeme, belirli bir düzende düzenlenmiş yüklü iyonlar nedeniyle bir kafes oluşturur. Bu süreçte, farklı parçacıklar dönüşümlü olarak birbirini dengeler ve elektriksel nötrlük ile sonuçlanır. Kristallerin aşağıda belirtilen özellikleri vardır:
- eksene göre simetri;
- önceki görünüm göz önüne alındığında, iyonların değişen ve dengelendiği bir kafes görünür.
İşlemde kullanılan malzeme Fx kuvvetine yönlendiriliyorsa, o zamandeforme olur, pozitif ve negatif yükler arasındaki mesafe değişir ve verilen eksendeki yön elektriklenir. Bütün bunlar q=d11Fx formülünde ifade edilir ve kuvvetle orantılıdır. Katsayı madde ve durumu ile ilişkilidir, bir adı vardır - piezoelektrik modül. Endeksler güç ve kenar ile belirlenir, ancak yönü değiştirirseniz efekt farklı olacaktır.
Direkt süreçteki piezoelektrik dönüştürücü, dış kuvvetlerin etkisi altında kristalleri elektriklendirir. Bu etki, elektrikçi olan maddelerin etkisi altında gerçekleşir. Ölçüm aletleri yapmak için kuvars kristallerine ihtiyacınız olacak. Yani, piezoelektrik dönüştürücünün çalışma prensibi şu şekildedir: doğrudan etki ile hareket mekanik aracılığıyla gerçekleştirilir ve tersi ile kristaller deforme olur.
Ek piezo efektleri
Kristal, plaka X, Y eksenleri üzerindeki kuvvetlere maruz kaldığında polarize edilebilir. Fy – enine, Fz hiçbir ücret alınmaz. Kuvars kristali üç koordinat ekseninde bulunur. Piezoelektrik dönüştürücüleri kullanmak için etkiyi gösteren bir plaka kesmek gerekir. Aşağıdaki açıklamaya sahiptir:
- yüksek güç;
- voltaj 108 N/m2 değerine kadar izin verilir, böylece büyük ölçülebilir kuvvetler mümkündür;
- sertlik ve esneklik;
- içeride minimum sürtünme;
- kararlılık,hangisi değişmez;
- Yapılan malzemenin maksimum kalite faktörü.
Kuvars plakalar yalnızca basınç ve kuvveti ölçen dönüştürücülerde kullanılır. Malzemenin sertliği göz önüne alındığında, işlenmesi zordur, bu nedenle ondan basit bir şekil oluşturulur. Modül sabit bir sıcaklıkta sabittir. Artarsa, bu durumda modülde bir azalma olur. Piezoelektrik özellikler 573 santigrat derecede kaybolur.
Cihazın tanımı ve ölçüm devreleri
Piezoelektrik basınç dönüştürücü aşağıdaki yapıya sahiptir:
- kasanın alt kısmı olan zar;
- dış astar topraklanmış ve orta astar kuvars ile yalıtılmıştır;
- plakalar paralel bağlı yüksek dirence sahiptir;
- Folyo ve kablonun iç çekirdeği bir kapakla kapatılmış bir deliğe sabitlenir.
Çıkış gücü minimumdur, bu bağlamda büyük dirençli bir amplifikatör sağlanır. Esasen voltaj, giriş devresinin kapasitansına bağlıdır. Dönüştürücünün özellikleri, hassasiyeti ve kapasitansı gösterir. Temel olarak, bu şarj ve cihazın kendi göstergeleridir. Toplam olarak hesaplanırsa, aşağıdaki çıkış gücü elde edilir: Sq =q/F veya Uxx=d11 F/Co.
Frekans aralığını genişletmek için, ölçülen düşük değişkenleri sabit bir zaman devresine doğru artırmak gerekir. Bunu açarak yapmak kolaydırcihaza paralel olarak yerleştirilmiş kapasitörler. Ancak bu durumda çıkış voltajı düşecektir. Arttırılan direnç, hassasiyet kaybı olmadan menzili genişletecektir. Ancak bunu artırmak için iyileştirilmiş izolasyon nitelikleri ve yüksek dirençli girişe sahip amplifikatörler gereklidir.
Ölçüm devrelerinin tanımı
Spesifik ve yüzey direnci kendilerini belirler ve kuvars için ana bileşen daha yüksektir, bu nedenle piezoelektrik dönüştürücü sızdırmaz olmalıdır. Sonuç olarak kalite artar ve yüzey nem ve kirden korunur. Sensör ölçüm devreleri, alan etkili bir transistör çıkış aşamasına ve operasyonel bir cihaza sahip evirmeyen bir amplifikatöre dayanan yüksek dirençli amplifikatörler olarak oluşturuldu. Giriş ve çıkışa voltaj verilir.
Ancak, bu eski piezoelektrik dönüştürücünün kusurları vardı:
- sensör hacmine göre çıkış voltajının ve duyarlılığın bağımlılığı;
- sıcaklık koşullarına bağlı olarak değişen kararsız kapasite.
Amplifikatörün voltajı ve hassasiyeti, dahil edilen kararlı hacim C1 ile destekleniyorsa, izin verilen hata tarafından belirlenir. Formül: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Dönüşümden sonra şunu elde ederiz: S=Ubx/F. Katsayı sırasıyla artarsa ve bu değişkenler artar. Ölçüm devresi şu şekilde karakterize edilir:
- sabit zaman çizelgesi;
- direnç R, giriş kazancı, sensörlerin, kabloların izolasyonu ve R3;
- MOS transistörleri saha cihazlarından daha güçlüdür ancak gürültü seviyesi yüksektir;
- R3 voltajı dengeler, değeri ~ 1011 Ohm olarak hesaplanır.
ile belirlenir
Son değişkeni analiz ederek, sabit zaman çizgisinin aşağıdaki gibi olduğunu varsayabiliriz: t ≦ 1c. Günümüz cihazları, şarj etmek için voltaj yükselticili piezoelektrik sensörleri kullanabilir.
Cihaz Avantajları
Piezoelektrik dönüştürücü aşağıdaki avantajlara sahiptir:
- kolay yapısal montaj;
- boyutlar;
- güvenilirlik;
- mekanik voltajın elektrik yüküne dönüştürülmesi;
- hızlı bir şekilde ölçülebilen değişkenler.
Kuvars gibi vücudun ideal durumuna yakın bir malzeme olması durumunda, mekaniğin elektrik yüküne dönüşmesi -4 ile -6 arası minimum hata ile mümkündür. Bununla birlikte, yüksek hassasiyetli teknolojinin gelişimi, kayıpsız doğruluğu gerçekleştirme yeteneğini geliştirdi. Sonuç olarak, bu piezoelektrik dönüştürücülerin kuvvetleri, basıncı ve diğer unsurları ölçmek için en uygun olduğu sonucuna varabiliriz.
PET hızlandırma aşağıdaki yapıya sahiptir:
- tüm malzemeler titanyum tabana yapıştırılmıştır;
- ikisi aynı anda piezoelektrik elemanları açtıkuvarsdan;
- Minimum boyutlar için tasarlanmış yüksek yoğunluklu atalet kütlesi;
- pirinç folyo ile sinyal giderme;
- o da lehimli bir kabloya bağlı;
- sensör, tabana vidalanmış bir kapakla kaplanmıştır;
- ölçeri nesneye sabitlemek için ipliği kesin.
Kütlesine rağmen, sensör oldukça kararlı ve yoğun. 150 m/s'de çalışır2.
Dönüştürücülerin tasarım özellikleri
Bir ivmeölçer sensörü imal etmek gerekirse, piezo-algılama plakalarını tabana doğru şekilde takmak önemlidir. Bu işlem lehimleme ile gerçekleştirilir. Kablo aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:
- izolasyon direnci yüksek olmalıdır;
- ekran oturma odasının yanına yerleştirilir;
- titreşim önleyici;
- esneklik.
Yani, amplifikatörün girişinde kablo sallanmamalıdır. Ölçüm devresi, parazit oluşmaması için simetrik olarak oluşturulur. Sensörde bağlantı asimetriktir, kabloların ve kasanın direnci dış plakaların yalıtımı elde edilecek şekilde bağlanmıştır. İstenen sonucu elde etmek için, sayacın işlemde kullanılan tek sayıda malzemeden yapılmış olması gerekir. Elemanlar, orta kısımdaki deliklerden ve kasaya vidalanmış yalıtkanlardan amplifikatöre doğru bastırılır.
Titreşim ölçüm cihazlarının özellikleri
Ölçüm cihazının hassasiyetini artırmak için yüksek modüllü piezoelektrik elemanların kullanılması gereklidir. Bumalzeme arka arkaya paralel olarak döşenir ve metal conta ve plakalarla birleştirilir. Benzer bir etki için, bükme üzerinde çalışan maddeler hala kullanılabilir. Ancak, düşük frekanslıdırlar ve sıkıştırma mekaniğinden daha düşüktürler.
Malzeme bimorf olabilir, genellikle seri veya paralel olarak toplanır, hepsi pozitif konumlu eksenlere bağlıdır. Kural olarak, bunlar iki plakadır. Nötr katman dikkate alınırsa, piezoelektrik eleman yerine ortalama kalınlıkta metalden yapılmış bir kaplama kullanılabilir.
Yeterince yavaş hareket eden sinyalleri ölçmek için aşağıdakileri yapın:
- piezoelektrik dönüştürücü osilatöre dahildir;
- kristal rezonans frekansındadır;
- Yük oluşur oluşmaz göstergeler değişecektir.
Bugün, piezo ivmeölçerler, güçlü hassasiyete sahip, yüksek frekanslı olabilen gelişmiş cihazlardır.
Dönüştürücüler aracılığıyla alternatif enerji kaynağı
Elektrik üretmenin ünlü ve tükenmez yollarından biri dalga enerjisidir. Bu tür istasyonlar doğrudan su ortamına monte edilir. Bu fenomen, hangi dalgaların ortaya çıkması nedeniyle hava kütlesini ısıtan güneş ışınlarıyla ilişkilidir. Bu fenomenin şaftı, rüzgarın gücü, hava cephelerinin genişliği, rüzgarların süresi ile belirlenen bir enerji yoğunluğuna sahiptir.
Değer sığ suda dalgalanabilir veya metre başına 100 kW'a ulaşabilir. Piezoelektrik dalga enerji dönüştürücü belirli bir prensibe göre çalışır. Su seviyesi bir dalga vasıtasıyla yükselir, bu sırada hava kaptan sıkılır. Akışlar daha sonra ters çevrilen bir türbin tarafından geçirilir. Ünite, dalgaların hareketinden bağımsız olarak belirli bir yönde döner.
Bu cihazın olumlu bir özelliği var. Bugüne kadar tasarımın iyileştirilmesi öngörülmemiştir, çünkü verimliliği ve çalışma prensibi mevcut tüm yollarla kanıtlanmıştır. Teknolojik ilerleme sürecinde yüzer istasyonlar inşa edilebilir.
Ultrasonik piezoelektrik dönüştürücü
Bu cihaz, ek ayar gerektirmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Teknik sonucu veren bir hafıza bloğu ile donatılmıştır. Kontrol ve ölçüm cihazlarını ifade eder. Bu tür cihazlar, minimum hatayla tasarım ve amaç verileri temelinde derlenen tür, teknik özellikler bakımından farklılık gösterir. Tüm gereksinimler tasarıma dayalı olarak değerlendirilir.
Bu tür tüm cihazlar için standart bir oluşturma şeması sağlanır: bir kusur dedektörü, bir mahfaza, elektrotlar, tabana sabitlenen ana eleman, bir çekirdek, folyo ve diğer malzemeler. Ultrasonik piezoelektrik dönüştürücü, faydalı bir modeldir. Cihazın tabanına kurulu sesi kullanarak doğrudan veri almanızı sağlar.
Piezo dönüştürücü uygulamaları
Cihazlarkuvvet, basınç, ivmeyi ölçen aletlerde doğrudan etki kullanılır. Yüksek bir frekans ve sertliğe sahiptirler. Ultrasonik titreşimlerde, gerilimin deformasyona dönüştürülmesinde, dengelemede geri beslemeli aparat kullanılmaktadır. Her iki etki aynı anda hesaba katılırsa, bu seçenek bir enerji türünü diğerine oldukça hızlı bir şekilde dönüştüren piezorezonatörler için uygundur.
Zıt yönde bağlanan pozitif cihazlar, otomatik salınımlarla çalışır ve jeneratörlerde kullanılır. Uygun şekilde oluşturulduklarında yüksek stabiliteye sahip oldukları için uygulamalarının kapsamı geniştir. Genellikle, istenen efekti elde etmek ve doğru bilgiyi elde etmek için birkaç piezo rezonatör kullanılır.
Dönüştürücülerin dezavantajları
Bu cihazların çok sayıda olumlu yönü var. Ancak olumsuz özellikleri de var:
- çıkış direnci - maksimum;
- Ölçüm devreleri ve kabloları, katı gereksinimler ve yönergelere göre oluşturulmalıdır.
Pizoelektrik dönüştürücünün hesaplanması, başlangıçta rezonans frekansı için denklem formülünü türetir: Fp =0.24 ·c·. Plaka kalınlığı: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Enerji özellikleri şu şekilde hesaplanır: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
