Пиезоелектричен датчик: цел и приложение

Тези преобразуватели принадлежат към подгрупа от генератори, електрическите заряди се натрупват чрез механиката. В резултат на това се отличава следната връзка: Q = dmiddot-P. В този случай d е пиезомодула и Р е усилие. Обикновено материалът е кварц, турмалин, смес от охлаждане, барий, олово. За проектирането на пиезоелектричен датчик е необходимо да се използват вериги на натоварване: компресия, огъване, срязване, опъване.

Директен и обратен пиезоелектричен ефект

За прекия ефект е характерно следното: използваният кристален материал образува решетка, дължаща се на заредени йони, подредени в определен ред. По време на процеса, за разлика от частиците се редуват и произвеждат взаимна компенсация, което води до електрическа неутралност. Кристалите имат характеристики, които са обозначени както следва:

• симетрия по отношение на оста;
• като се вземе предвид предишната форма, се появява решетка с йони, които се редуват и отменят.

Ако материалът, използван в процеса, е насочен към силата F_х, след това се деформира, разстоянието между положителните и отрицателните заряди се променя и посоката в дадена ос е електрифицирана. Всичко това се изразява във формулата q = d₁₁F_х и е пропорционална на силата. Коефициентът е свързан със субстанцията и нейното състояние, наречен пиезоелектричен модул. Индексите се определят от силата и ръба, но ако посоката се промени, ефектът ще бъде различен.

Пиезоелектричният датчик в пряк процес електрифицира кристалите под въздействието на външни сили. Този ефект възниква от влиянието на вещества, които са електрически. За да направите измервателни уреди, ще ви трябва кварцови кристали. Това означава, че принципът на пиезоелектричния преобразувател е следният: с директен ефект ефектът се осъществява чрез механиката, а когато се случи обратното, кристалите се деформират.

Допълнителни пиезоелектрични ефекти

Кристалът може да бъде поляризиран, когато силите върху X, Y осите се поставят върху плочата. Ако силата F_х, тогава се появява надлъжен ефект и когато F_ш - напречно, с F_Zтакси не възникват. Кварцовият кристал се намира на три оси на координатите. Да се ​​използва пиезоелектричен измервателни преобразуватели, Необходимо е да изрежете плочата, която ще покаже ефекта. Той има следното описание:

• висока якост;
• напрежението е разрешено до 10⁸ N / m², благодарение на това са възможни големи измерими сили;
• твърдост и еластичност;
• минимално триене вътре;
• стабилност, която не се променя;
• максималния коефициент на качество на произведения материал.

Кварцовите плочи се използват само в преобразуватели, които измерват натиск и сила. Като се има предвид твърдостта на материала е трудно да се справи, така че създава проста форма. Модулът е постоянен при непроменена температура. Ако се увеличи, в този случай модулът намалява. Пиезоелектрическите свойства изчезват при температура от 573 градуса по Целзий.

Описание на устройството и измервателните вериги

Измервателят на пиезоелектричното налягане има следната структура:

• мембрана, която е дъното на черупката;
• външната обвивка е заземена и средата е изолирана с кварц;
• плочите имат висока устойчивост, свързани паралелно;
• Фолиото и вътрешната сърцевина на кабела са закрепени в отвор, затворен от капак.

Изходната мощност е минимална, поради което е осигурен усилвател с висока устойчивост. Всъщност напрежението зависи от капацитета на входната верига. Характеристиките на конвертора показват чувствителност и капацитет. По принцип тази такса и собственото представяне на устройството. Ако изчислите общо, получавате следната изходна мощност: S_р= q / F или U_хх = d₁₁middot-F / C_о.

За да се удължи честотния диапазон, е необходимо да се увеличат измерените ниски променливи към постоянна времева верига. Такова действие лесно се постига чрез включването на кондензатори, разположени успоредно на устройството. Истината е, че изходното напрежение ще намалее. Повишената устойчивост ще разшири обхвата без загуба на чувствителност. Но за увеличаването му са необходими по-добри изолационни качества и усилватели с високо входно съпротивление.

Описание на измервателните вериги

Специфичните и повърхностните съпротивления определят своето, като основният компонент за кварц е по-висок, така че пиезоелектричният датчик трябва да бъде запечатан. В резултат на това качеството се увеличава и повърхността е защитена от влага и мръсотия. Веригите за измерване на сензорите са създадени като усилватели с висока устойчивост, които са базирани на изходния етап на транзистор с полеви ефекти и неинвертиращ усилвател с работещо устройство. Напрежението преминава към входа и изхода.

Въпреки това, в този остарял пиезоелектричен датчик имаше недостатъци:

• зависимостта на изходното напрежение и чувствителността по отношение на обема на сензора;
• Нестабилният капацитет, който се променя в зависимост от температурните условия.

Напрежението и чувствителността на усилвателя се определят от допустимата грешка, ако включеният стабилен обем С₁. Формула: y_ите = (Delta-С_о+ Delta-C_к) / (С_о+C_к+C₁). След трансформацията получаваме: S = U_BX/ F. Ако коефициентът се увеличи, съответно и тези променливи се увеличават. За измервателната верига е характерно:

• постоянна времева линия;
• Съпротивлението R се определя от входното усилване, изолирането на сензори, кабели и R₃;
• MIS транзисторите са по-силни от полевите устройства, но имат високо ниво на шума;
• R₃ стабилизира напрежението, неговата стойност се изчислява като _~ 10¹¹ Ома.

Анализирайки последната променлива, можем да приемем, че константата времева линия Следното: t 1c. Днес устройствата могат да се използват с усилватели на напрежение пиезоелектрични сензори за таксата.

Предимства на устройствата

Пиезоелектричният датчик има следните предимства:

• простота на структурното сглобяване;
• общи размери;
• надеждност;
• преобразуване на механичното напрежение в електрически заряд;
• Променливи, които могат да бъдат измерени бързо.

В случай на материал като кварц, който е близо до идеалното състояние на тялото, трансформацията на механиката в електрически заряд е възможна с минимална грешка от -4 до -6. Разработването на високо прецизна технология обаче подобри способността за реализиране на точност без загуба. В резултат на това може да се стигне до заключението, че тези пиезоелектрически преобразуватели са най-подходящи за сила, налягане и други измервателни елементи.

Ускорението PEP има следната конструкция:

• всички материали са прикрепени към титанова основа;
• два едновременно превключени пиезоелектрически елемента от кварц;
• инерционната маса с висока плътност е проектирана за минимални размери;
• отстраняване на сигнала посредством месингово фолио;
• то от своя страна е свързано с кабел, който е споен;
• Сензорът е затворен с капак, завинтен в основата;
• За да укрепите метъра на обекта, изрежете конеца.

Въпреки масата, сензорът е доста стабилен и гъст. Работи в диапазона от 150 m / s².

Дизайн характеристики на конвертори

Ако е необходимо да направите сензор за акселерометър, важно е правилно да прикрепите пиезоелектричните пластини към основата. Това действие се извършва чрез запояване. Кабелът трябва да отговаря на следните изисквания:

• съпротивлението на изолацията трябва да е високо;
• Екранът е разположен до жилищното пространство;
• Анти-вибрации;
• гъвкавост.

Това означава, че входа на усилвателя не трябва да се разклаща кабел. Измервателната верига се създава симетрично, така че да няма смущения. В сензора връзката е асиметрична, съпротивлението на клемите и корпусът е свързано по такъв начин, че външните пластини са получени. За да се постигне желаният резултат, измервателят трябва да изпълнява от нечетен брой материали, които се използват в процеса. Елементите се притискат към усилвателя през отворите в централната част и през изолаторите, които се завинтват към тялото.

Характеристики на устройствата, които измерват вибрациите

За да се увеличи чувствителността на измервателното устройство, е необходимо да се използват пиезоелементи с висок модул. Този материал се поставя паралелно в един ред и се свързва с метални уплътнения и плочи. За тази цел могат да се използват вещества, които работят за огъване. Те обаче имат ниска честота и са по-ниски от механизмите на компресията.

Материалът може да бъде биморфен, обикновено се събира последователно или успоредно, всичко зависи от положително разположените оси. По принцип това са две плочи. Ако вземете предвид неутралния слой, над него вместо пиезоелемента може да се използва метална плоча със средна дебелина.

За да измерите сигнали, които се движат достатъчно бавно, трябва да направите следното:

• в електрически генератор се включва пиезоелектричен преобразувател;
• кристалът е на резонансната честота;
• Веднага щом има натоварване, индикаторите ще се променят.

Днес пиезоацелерометри са съвременни инструменти, които могат да бъдат с висока честота, със силна чувствителност.

Алтернативен източник на енергия чрез преобразуватели

Едно от известните и неизчерпаеми средства за получаване на електричество е енергията на вълните. Такива станции се монтират директно във водната среда. Това явление се свързва със слънчевите лъчи, които загряват масата на въздуха, поради което възникват вълни. Шина на този феномен има енергийна интензивност, която се определя от силата на вятъра, широчината на въздушните фронтове, продължителността на порите.

Стойността може да варира в плитки води или да достигне 100 кВт на метър. Конверторът за пиезоелектрична енергия работи в съответствие с определен принцип. Нивото на водата се издига през вълната, в процеса въздухът се изстисква от кораба. След това потоците преминават през обратима турбина. Уредът се върти в определена посока, независимо от движението на вълните.

Това устройство има положителна характеристика. Досега подобрението на дизайна не се предвижда, защото ефективността и принципът на действие се доказват от всички съществуващи начини. В процеса на технологичния прогрес могат да бъдат изградени плаващи станции.

Ултразвуков пиезоелектричен датчик

Това устройство е проектирано по такъв начин, че да не изисква допълнителни настройки. Той е оборудван с блок за памет, който дава технически резултат. Позовава се на инструментална екипировка. Такива устройства се различават по вид, технически характеристики, които се съставят въз основа на проектни и проектни данни с минимални грешки. Всички изисквания се вземат предвид въз основа на дизайна.

За всички такива устройства се осигурява стандартна схема на създаване: дефектоскоп, тяло, електроди, основен елемент, който е закрепен към основата, вената, фолиото и други материали. Ултразвуков пиезоелектричен датчик е полезен модел. Той ви позволява да получавате данни директно със звука, инсталиран на основата на устройството.

Области на приложение на пиезоелектричен датчик

Устройства с директно въздействие се използват в устройства, които измерват силата, налягането, ускорението. Те имат високо ниво на честота и твърдост. Апаратът с обратна връзка се използва при ултразвукови вибрации, преобразуване на напрежението в деформация, балансиране. Ако и двата ефекта са взети под внимание, тогава тази опция е подходяща за пиезорезоннатори, които превръщат един вид енергия в друг един доста бързо.

Положителните устройства, включени в обратната посока, работят върху автоматични колебания и се използват в генератори. Областта на тяхното приложение е широка, тъй като те са с висока стабилност, когато са правилно създадени. Често се използват няколко пиезоозонатори, за да се постигне желания ефект и да се получи правилна информация.

Недостатъци на конверторите

В тези устройства има огромен брой положителни страни. Те обаче имат отрицателни характеристики:

• изходното съпротивление е максималното;
• Измервателните схеми и кабелите трябва да бъдат създадени въз основа на строги изисквания и препоръки.

Изчислението на пиезоелектричния преобразувател първоначално извежда формулата на уравнението за резонансната честота: F_р= 0.24 middot-cmiddot-. Дебелина на плочата: h = F_р middot- на² / 0.24 middot-с = 35 middot- 10³ middot- 25 middot- 10^-6/ 0.24 middot-2900 = 1.257 middot- 10^-3м. Енергийните характеристики се изчисляват, както следва: W_ак = W_ak.ud middot-S = 40 middot- 4.53 middot- 10^-3.