Këta konvertues i përkasin një nëngrupi gjeneratorësh, ata bazohen në ngarkesat elektrike të akumuluara mekanikisht. Si rezultat, dallohet marrëdhënia e mëposhtme: Q=d P. Në këtë rast, d është moduli piezoelektrik dhe P është forca. Si rregull, materiali është kuarc, turmalinë, përzierje pjekjeje, barium, plumb. Për të projektuar një transduktor piezoelektrik, është e nevojshme të përdoren modele ngarkese: ngjeshje, përkulje, prerje, tension.
Efekt piezoelektrik i drejtpërdrejtë dhe i kundërt
Efekti i drejtpërdrejtë karakterizohet nga sa vijon: materiali kristalor i përdorur formon një rrjetë për shkak të joneve të ngarkuar të renditur në një rend të caktuar. Gjatë procesit, grimcat e ndryshme alternojnë dhe kompensojnë reciprokisht, duke rezultuar në neutralitet elektrik. Kristalet kanë veçori që tregohen si më poshtë:
- simetri në lidhje me boshtin;
- duke marrë parasysh pamjen e mëparshme, shfaqet një grilë me jone që alternojnë dhe kompensojnë.
Nëse materiali i përdorur në proces drejtohet në forcën Fx, atëherë aideformohet, distanca ndërmjet ngarkesave pozitive dhe negative ndryshon dhe drejtimi në boshtin e dhënë elektrizohet. E gjithë kjo shprehet në formulën q=d11Fx dhe është proporcionale me forcën. Koeficienti lidhet me substancën dhe gjendjen e tij, ai ka një emër - moduli piezoelektrik. Indekset përcaktohen nga forca dhe skaji, por nëse ndryshoni drejtimin, efekti do të jetë i ndryshëm.
Transduktori piezoelektrik në procesin e drejtpërdrejtë elektrizon kristalet nën ndikimin e forcave të jashtme. Ky efekt ndodh nën ndikimin e substancave që janë elektricistë. Për të bërë instrumente matëse, do t'ju nevojiten kristale kuarci. Kjo do të thotë, parimi i funksionimit të transduktorit piezoelektrik është si më poshtë: me një efekt të drejtpërdrejtë, veprimi kryhet përmes mekanikës, dhe me të kundërt, kristalet deformohen.
Efekte shtesë piezo
Kristali mund të polarizohet kur pllaka i nënshtrohet forcave në akset X, Y. Fy - tërthor, me Fz nuk ka tarifa. Kristali i kuarcit ndodhet në tre akse koordinative. Për të përdorur transduktorë piezoelektrikë, është e nevojshme të pritet një pllakë që tregon efektin. Ka përshkrimin e mëposhtëm:
- forcë e lartë;
- tensioni lejohet deri në 108 N/m2, kështu që forca të mëdha të matshme janë të mundshme;
- ngurtësi dhe elasticitet;
- fërkim minimal brenda;
- stabilitet,që nuk ndryshon;
- Faktori maksimal i cilësisë së materialit të fabrikuar.
Pllakat kuarci përdoren vetëm në transduktorët që matin presionin dhe forcën. Duke pasur parasysh fortësinë e materialit, është i vështirë për t'u përpunuar, ndaj krijohet një formë e thjeshtë prej tij. Moduli është konstant në një temperaturë konstante. Nëse rritet, atëherë në këtë rast ka një rënie në modul. Vetitë piezoelektrike zhduken në 573 gradë Celsius.
Përshkrimi i pajisjes dhe qarqeve matëse
Transdhënësi i presionit piezoelektrik ka strukturën e mëposhtme:
- membrana, e cila është fundi i kasës;
- shtresa e jashtme është e tokëzuar dhe ajo e mesme është e izoluar me kuarc;
- pllakat kanë rezistencë të lartë, të lidhura paralelisht;
- folja dhe bërthama e brendshme e kabllit janë fiksuar në një vrimë të mbyllur me kapak.
Fuqia dalëse është minimale, në këtë drejtim, sigurohet një përforcues me një rezistencë të madhe. Në thelb, voltazhi varet nga kapaciteti i qarkut të hyrjes. Karakteristikat e transduktorit tregojnë ndjeshmërinë dhe kapacitetin. Në thelb, ky është ngarkimi dhe treguesit e vetë pajisjes. Nëse llogaritet në total, atëherë do të merret fuqia dalëse e mëposhtme: Sq =q/F ose Uxx=d11 F/Co.
Për të zgjeruar diapazonin e frekuencës, është e nevojshme të rriten variablat e ulëta të matura drejt një qarku kohor konstant. Është e lehtë ta bësh këtë duke e ndezurkondensatorët që janë të vendosur paralelisht me pajisjen. Sidoqoftë, në këtë rast, voltazhi i daljes do të ulet. Rezistenca e rritur do të zgjerojë gamën pa humbje të ndjeshmërisë. Por për ta rritur atë, nevojiten cilësi të përmirësuara të izolimit dhe përforcues me hyrje me rezistencë të lartë.
Përshkrimi i qarqeve matëse
Rezistenca specifike dhe sipërfaqësore përcaktojnë të tyren, dhe komponenti kryesor për kuarcin është më i lartë, kështu që dhënësi piezoelektrik duhet të mbyllet. Si rezultat, cilësia përmirësohet dhe sipërfaqja mbrohet nga lagështia dhe papastërtitë. Qarqet e matjes së sensorëve u krijuan si amplifikues me rezistencë të lartë, të cilat bazoheshin në një fazë të daljes së tranzitorit me efekt në terren dhe një përforcues jo-invertues me një pajisje funksionale. Tensioni furnizohet në hyrje dhe në dalje.
Megjithatë, ky transduktor piezoelektrik i vjetëruar kishte të meta:
- varësia e tensionit të daljes dhe ndjeshmërisë në lidhje me vëllimin e sensorit;
- kapacitet i paqëndrueshëm që ndryshon për shkak të kushteve të temperaturës.
Tensioni i amplifikatorit dhe ndjeshmëria përcaktohen nga gabimi i lejueshëm, nëse vëllimi i qëndrueshëm i përfshirë plotësohet me C1. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Pas transformimit marrim: S=Ubx/F. Nëse koeficienti rritet, përkatësisht, dhe këto variabla rriten. Qarku matës karakterizohet nga:
- vijon kohor i vazhdueshëm;
- rezistenca R përcaktohet nga fitimi i hyrjes, izolimi i sensorëve, kabllove dhe R3;
- Tranzistorët MOS janë më të fortë se pajisjet në terren, por kanë një nivel të lartë zhurme;
- R3 stabilizon tensionin, vlera e tij llogaritet si ~ 1011 Ohm.
Duke analizuar variablin e fundit, mund të supozojmë se vija kohore konstante është si më poshtë: t ≦ 1c. Pajisjet sot mund të përdorin sensorë piezoelektrikë me amplifikues tensioni për të karikuar.
Përparësitë e pajisjes
Transduktori piezoelektrik ka përparësitë e mëposhtme:
- montim i lehtë strukturor;
- dimensionet;
- besueshmëri;
- konvertimi i tensionit mekanik në ngarkesë elektrike;
- variabla që mund të maten shpejt.
Në rastin e një materiali si kuarci, i cili është afër gjendjes ideale të trupit, shndërrimi i mekanikës në një ngarkesë elektrike është i mundur me një gabim minimal prej -4 deri në -6. Megjithatë, zhvillimi i teknologjisë me precizion të lartë ka përmirësuar aftësinë për të realizuar saktësinë pa humbje. Si rezultat, mund të konkludojmë se këta transduktorë piezoelektrikë janë më të përshtatshëm për matjen e forcave, presionit dhe elementëve të tjerë.
Nxitimi PET ka strukturën e mëposhtme:
- të gjitha materialet janë ngjitur në bazën e titanit;
- dy elementë piezoelektrikë të ndezur njëkohësishtnga kuarci;
- masa inerciale me densitet të lartë e projektuar për dimensione minimale;
- heqja e sinjalit me fletë bronzi;
- ajo, nga ana tjetër, është e lidhur me një kabllo të ngjitur;
- sensori i mbuluar nga një kapak i vidhosur në bazë;
- për të rregulluar njehsorin në objekt, preni fillin.
Pavarësisht masës, sensori është mjaft i qëndrueshëm dhe i dendur. Funksionon me 150 m/s2.
Veçoritë e projektimit të konvertuesve
Nëse është e nevojshme të prodhohet një sensor akselerometri, është e rëndësishme që të lidhni saktë pllakat me sensorë piezo në bazë. Ky veprim kryhet me saldim. Kablloja duhet të plotësojë kërkesat e mëposhtme:
- rezistenca e izolimit duhet të jetë e lartë;
- ekrani vendoset pranë dhomës së ndenjes;
- anti-dridhje;
- fleksibilitet.
Dmth, kablloja nuk duhet të tundet në hyrjen e amplifikatorit. Qarku matës krijohet në mënyrë simetrike në mënyrë që të mos ndodhë interferenca. Në sensor, lidhja është asimetrike, rezistenca e prizave dhe kutia është e lidhur në atë mënyrë që të merret izolimi i pllakave të jashtme. Për të arritur rezultatin e dëshiruar, njehsori duhet të bëhet nga një numër tek i materialeve që përdoren në proces. Elementet shtypen kundër amplifikatorit përmes vrimave në pjesën qendrore dhe përmes izolatorëve që janë të vidhosur në kasë.
Veçoritë e pajisjeve matëse të dridhjeve
Për të rritur ndjeshmërinë e pajisjes matëse, është e nevojshme të përdoren elementë piezoelektrikë me modul të lartë. Kjomateriali shtrohet paralelisht në një rresht dhe lidhet me guarnicione dhe pllaka metalike. Për një efekt të ngjashëm, substancat që punojnë në përkulje mund të përdoren ende. Megjithatë, ato janë me frekuencë të ulët dhe inferiore ndaj mekanikës së kompresimit.
Materiali mund të jetë bimorf, zakonisht mblidhet në seri ose paralelisht, gjithçka varet nga akset e vendosura pozitivisht. Si rregull, këto janë dy pllaka. Nëse merret parasysh shtresa neutrale, në vend të një elementi piezoelektrik mund të përdoret një mbulesë prej metali me një trashësi mesatare.
Për të matur sinjalet që lëvizin mjaft ngadalë, bëni sa më poshtë:
- transduktor piezoelektrik i përfshirë në oshilator;
- kristal është në frekuencë rezonante;
- sapo të ndodhë ngarkesa, treguesit do të ndryshojnë.
Sot, përshpejtuesit piezo janë pajisje të avancuara që mund të jenë me frekuencë të lartë, me ndjeshmëri të fortë.
Burimi alternativ i energjisë nëpërmjet konvertuesve
Një nga mjetet e famshme dhe të pashtershme të prodhimit të energjisë elektrike është energjia e valës. Stacione të tilla janë montuar drejtpërdrejt në mjedisin ujor. Ky fenomen lidhet me rrezet e diellit, të cilat ngrohin masën e ajrit, për shkak të së cilës lindin valë. Boshti i këtij fenomeni ka një intensitet energjetik, i cili përcaktohet nga forca e erës, gjerësia e fronteve ajrore, kohëzgjatja e rrëmbimeve.
Vlera mund të luhatet në ujë të cekët ose të arrijë 100 kW për metër. Konvertuesi i energjisë së valës piezoelektrike funksionon sipas një parimi të caktuar. Niveli i ujit rritet me anë të një valë, në proces ajri shtrydhet nga ena. Rrjedhat kalohen më pas nga një turbinë e kundërt. Njësia rrotullohet në një drejtim të caktuar, pavarësisht nga lëvizja e valëve.
Kjo pajisje ka një karakteristikë pozitive. Deri më sot, përmirësimi i dizajnit nuk është parashikuar, sepse efikasiteti dhe parimi i funksionimit janë vërtetuar në të gjitha mënyrat ekzistuese. Në procesin e përparimit teknologjik, mund të ndërtohen stacione lundruese.
Transdhënës piezoelektrik tejzanor
Kjo pajisje është projektuar në mënyrë të tillë që të mos kërkojë cilësime shtesë. Është i pajisur me një bllok memorie, i cili jep rezultatin teknik. I referohet pajisjeve të kontrollit dhe matjes. Pajisjet e tilla ndryshojnë në llojin, karakteristikat teknike, të cilat përpilohen në bazë të të dhënave të projektimit dhe qëllimit me gabime minimale. Të gjitha kërkesat merren parasysh në bazë të dizajnit.
Për të gjitha pajisjet e tilla, ofrohet një skemë standarde e krijimit: një detektor defekti, një strehim, elektroda, elementi kryesor që është i lidhur në bazë, një bërthamë, fletë metalike dhe materiale të tjera. Një dhënës piezoelektrik tejzanor është një model i dobishëm. Kjo ju lejon të merrni të dhëna drejtpërdrejt duke përdorur tingullin e instaluar në bazën e pajisjes.
aplikacionet e dhënësve piezo
Pajisjet meefekti i drejtpërdrejtë përdoren në instrumentet që matin forcën, presionin, nxitimin. Ata kanë një nivel të lartë të frekuencës dhe ashpërsisë. Aparati me reagime përdoret në dridhjet tejzanor, shndërrimin e stresit në deformim, balancim. Nëse të dy efektet merren parasysh në të njëjtën kohë, atëherë ky opsion është i përshtatshëm për piezorezonatorët që konvertojnë një lloj energjie në një tjetër mjaft shpejt.
Pajisjet pozitive, të lidhura në drejtim të kundërt, funksionojnë në lëkundje automatike dhe përdoren në gjeneratorë. Shtrirja e aplikimit të tyre është e gjerë, pasi ato kanë qëndrueshmëri të lartë kur krijohen siç duhet. Shpesh, disa rezonatorë piezo përdoren për të arritur efektin e dëshiruar dhe për të marrë informacionin e saktë.
Disavantazhet e konvertuesve
Këto pajisje kanë një numër të madh aspektesh pozitive. Megjithatë, ato kanë edhe veçori negative:
- rezistenca në dalje - maksimale;
- qarqet matëse dhe kabllot duhet të krijohen bazuar në kërkesa dhe udhëzime strikte.
Llogaritja e transduktorit piezoelektrik fillimisht nxjerr formulën e ekuacionit për frekuencën rezonante: Fp =0,24 ·c·. Trashësia e pllakës: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Karakteristikat e energjisë llogariten si më poshtë: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
