Πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας: σκοπός και εφαρμογή

Αυτοί οι μετατροπείς ανήκουν σε μια υποομάδαγεννήτρια, στη βάση τους μέσω μηχανικών συσσωρεύονται ηλεκτρικά φορτία. Ως αποτέλεσμα, διακρίνεται η ακόλουθη σχέση: Q = d · P. Στην περίπτωση αυτή, d είναι piezomodule, και P είναι μια προσπάθεια. Συνήθως, το υλικό είναι χαλαζία, τουρμαλίνη, μίγμα ανόπτησης, βάριο, μόλυβδο. Για τον σχεδιασμό ενός πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν κυκλώματα φορτίου: συμπίεση, κάμψη, διάτμηση, τέντωμα.

Απευθείας και αντίστροφη πιεζοηλεκτρική δράση

Το άμεσο αποτέλεσμα χαρακτηρίζεται από τα εξής: Το κρυσταλλικό υλικό που χρησιμοποιείται σχηματίζει ένα πλέγμα λόγω των φορτισμένων ιόντων που είναι διατεταγμένα σε μια ορισμένη σειρά. Στη διαδικασία, σε αντίθεση με τα σωματίδια εναλλάσσονται και παράγουν αμοιβαία αποζημίωση, με αποτέλεσμα μια ηλεκτρική ουδετερότητα. Τα κρύσταλλα έχουν χαρακτηριστικά τα οποία ορίζονται ως εξής:

• συμμετρία ως προς τον άξονα.
• λαμβάνοντας υπόψη την προηγούμενη μορφή, εμφανίζεται ένα πλέγμα με ιόντα, το οποίο εναλλάσσεται και ακυρώνεται.

Αν το υλικό που χρησιμοποιείται στη διαδικασία κατευθύνεται προς τη δύναμη F_x, τότε παραμορφώνεται, η απόσταση μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων αλλάζει και η κατεύθυνση ηλεκτροφορείται στον δεδομένο άξονα. Όλα αυτά εκφράζονται στον τύπο q = d₁₁F_x και είναι ανάλογη με τη δύναμη. Ο συντελεστής σχετίζεται με την ουσία και την κατάσταση της, που ονομάζεται πιεζοηλεκτρική μονάδα. Οι δείκτες καθορίζονται από τη δύναμη και την άκρη, αλλά αν αλλάξει η κατεύθυνση, το αποτέλεσμα θα είναι διαφορετικό.

Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας με άμεσηη διαδικασία ηλεκτρίζει τους κρυστάλλους υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Το φαινόμενο αυτό προκύπτει από την επίδραση ουσιών που είναι ηλεκτρικά. Για να κατασκευάσετε όργανα μέτρησης, θα χρειαστείτε κρύσταλλα χαλαζία. Δηλαδή, η αρχή του πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα είναι η ακόλουθη: με άμεσο αποτέλεσμα, η επίδραση πραγματοποιείται μέσω της μηχανικής, και όταν συμβαίνει το αντίστροφο, οι κρύσταλλοι παραμορφώνονται.

Επιπρόσθετα πιεζοηλεκτρικά αποτελέσματα

Ο κρύσταλλος μπορεί να είναι πολωμένος όταν οι δυνάμεις στους άξονες Χ, Υ εφαρμόζονται στην πλάκα_x , τότε υπάρχει ένα διαχρονικό αποτέλεσμα, και όταν F_y - εγκάρσια, με F_z δεν προκύπτουν τέλη. Ο κρύσταλλος χαλαζία βρίσκεται σε τρεις άξονες των συντεταγμένων. Για να χρησιμοποιήσετε πιεζοηλεκτρικούς μορφοτροπείς, είναι απαραίτητο να κόψετε την πλάκα, η οποία θα υποδεικνύει το αποτέλεσμα. Έχει την ακόλουθη περιγραφή:

• υψηλή αντοχή.
• επιτρέπεται τάση έως 10⁸ Ν / μ², χάρη σε αυτό, είναι δυνατές μεγάλες μετρήσιμες δυνάμεις.
• δυσκαμψία και ελαστικότητα.
• ελάχιστη τριβή μέσα.
• σταθερότητα που δεν αλλάζει.
• ο μέγιστος συντελεστής ποιότητας του παραγόμενου υλικού.

Οι πλάκες χαλαζία χρησιμοποιούνται μόνο σεμετατροπείς που μετρούν την πίεση και τη δύναμη. Δεδομένης της σκληρότητας του υλικού είναι δύσκολο να χειριστεί, έτσι δημιουργεί μια απλή μορφή. Η μονάδα είναι σταθερή σε αμετάβλητη θερμοκρασία. Εάν αυξάνεται, τότε στην περίπτωση αυτή η ενότητα μειώνεται. Οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες εξαφανίζονται σε θερμοκρασία 573 βαθμών Κελσίου.

Περιγραφή της συσκευής και των κυκλωμάτων μέτρησης

Ο αισθητήρας πιεζοηλεκτρικής πίεσης έχει την ακόλουθη δομή:

• μια μεμβράνη που είναι ο πυθμένας του κελύφους.
• το εξωτερικό κάλυμμα είναι γειωμένο και το μέσον είναι μονωμένο με χαλαζία.
• Οι πλάκες έχουν υψηλή αντίσταση, συνδέονται παράλληλα.
• Το φύλλο και ο εσωτερικός πυρήνας του καλωδίου στερεώνονται σε μια οπή κλειστή από ένα καπάκι.

Η ισχύς εξόδου είναι ελάχιστη σε σχέση με αυτόπαρέχει ενισχυτή με υψηλή αντίσταση. Στην πραγματικότητα, η τάση εξαρτάται από την χωρητικότητα του κυκλώματος εισόδου. Τα χαρακτηριστικά του μετατροπέα δείχνουν ευαισθησία και χωρητικότητα. Βασικά, αυτή η χρέωση και η απόδοση της συσκευής. Αν υπολογίσετε συνολικά, έχετε την ακόλουθη ισχύ εξόδου: S_q = q / F ή U_xx = d₁₁· F / C_o.

Για να επεκτείνετε το εύρος συχνοτήτων, πρέπει να το κάνετεΟι μετρήσιμες μικρές μεταβλητές αυξάνονται προς τη σταθερή χρονική αλυσίδα. Μια τέτοια ενέργεια επιτυγχάνεται εύκολα με τη συμπερίληψη πυκνωτών, οι οποίοι βρίσκονται παράλληλα με τη συσκευή. Η αλήθεια είναι ότι η τάση εξόδου θα μειωθεί. Αντίσταση που έχει αυξηθεί θα επεκτείνει το εύρος χωρίς απώλεια ευαισθησίας. Αλλά για την αύξηση του, χρειάζονται καλύτερες μονωτικές ιδιότητες και ενισχυτές με υψηλή εισροή σύνθετης αντίστασης.

Περιγραφή κυκλωμάτων μέτρησης

Ειδικές και επιφανειακές αντιστάσεις καθορίζουνμε το κύριο συστατικό για χαλαζία υψηλότερο, οπότε ο πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας πρέπει να σφραγιστεί. Ως αποτέλεσμα, η ποιότητα αυξάνεται και η επιφάνεια προστατεύεται από την υγρασία και τη βρωμιά. Τα κυκλώματα μέτρησης αισθητήρων δημιουργήθηκαν ως ενισχυτές υψηλής αντοχής, οι οποίοι βασίστηκαν στο στάδιο εξόδου ενός τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος και ενός μη αναστρέψιμου ενισχυτή με μια λειτουργική συσκευή. Η τάση πηγαίνει στην είσοδο και στην έξοδο.

Ωστόσο, σε αυτόν τον παρωχημένο πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα υπήρχαν μειονεκτήματα:

• την εξάρτηση της τάσης εξόδου και την ευαισθησία σε σχέση με την ένταση του αισθητήρα.
• Η ασταθής χωρητικότητα, η οποία ποικίλλει λόγω των συνθηκών θερμοκρασίας.

Η τάση και η ευαισθησία του ενισχυτή καθορίζονται από το επιτρεπτό σφάλμα, αν συμπεριληφθεί η σταθερή ένταση του όγκου C₁. Τύπος: γ_s = (ΔC_o + ΔC_k) / (C_o+ C_k + C₁). Μετά τον μετασχηματισμό λαμβάνουμε: S = U_bx/ F. Αν ο συντελεστής αυξήσει, αντίστοιχα, και αυτές οι μεταβλητές αυξάνονται. Για το κύκλωμα μέτρησης είναι χαρακτηριστικό:

• σταθερή χρονική γραμμή.
• Η αντίσταση R καθορίζεται από το κέρδος εισόδου, την απομόνωση αισθητήρων, καλωδίων και R₃.
• Τα τρανζίστορ MIS είναι ισχυρότερα από τις συσκευές πεδίου, αλλά έχουν υψηλό επίπεδο θορύβου.
• R₃ σταθεροποιεί την τάση, η τιμή της υπολογίζεται ως _~ 10¹¹ Ωχ.

Αναλύοντας την τελευταία μεταβλητή, μπορείτευποθέτουμε ότι η σταθερή χρονική γραμμή είναι η ακόλουθη: t ≤ 1c. Σήμερα, οι συσκευές μπορούν να χρησιμοποιούν πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες για φόρτιση με ενισχυτές τάσης.

Πλεονεκτήματα των συσκευών

Ο πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• απλότητα της δομικής συναρμολόγησης.
• συνολικές διαστάσεις.
• αξιοπιστία ·
• Μετασχηματισμός της μηχανικής τάσης σε ηλεκτρικό φορτίο.
• Μεταβλητές που μπορούν να μετρηθούν γρήγορα.

Στην περίπτωση ενός υλικού όπως ο χαλαζίας, το οποίοείναι κοντά στην ιδανική κατάσταση του σώματος, είναι δυνατή η μετατροπή της μηχανικής σε ηλεκτρική φόρτιση με ένα ελάχιστο σφάλμα από -4 έως -6. Ωστόσο, η ανάπτυξη τεχνολογίας υψηλής ακρίβειας έχει βελτιώσει την ικανότητα πραγματοποίησης ακρίβειας χωρίς απώλειες. Ως αποτέλεσμα, μπορεί κανείς να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι αυτοί οι πιεζοηλεκτρικοί μορφοτροπείς είναι οι πλέον κατάλληλοι για τη δύναμη, την πίεση και άλλα στοιχεία μέτρησης.

Η PEP επιτάχυνσης έχει την ακόλουθη δομή:

• όλα τα υλικά συνδέονται με βάση τιτανίου.
• δύο πιεζοηλεκτρικά στοιχεία συγχρόνως μεταλλαγμένα από χαλαζία.
• η αδρανειακή μάζα υψηλής πυκνότητας έχει σχεδιαστεί για ελάχιστες διαστάσεις.
• αφαίρεση του σήματος μέσω ενός ορειχάλκου φύλλου ·
• αυτό, με τη σειρά του, συνδέεται με ένα καλώδιο που είναι συγκολλημένο?
• Ο αισθητήρας είναι κλειστός με ένα κάλυμμα βιδωμένο στη βάση.
• Για να ενισχύσετε το μετρητή στο αντικείμενο, κόψτε το νήμα.

Παρά τη μάζα, ο αισθητήρας είναι αρκετά σταθερός και πυκνός. Λειτουργεί στην περιοχή των 150 m / s².

Χαρακτηριστικά σχεδιασμού μετατροπέων

Εάν είναι απαραίτητο να κάνετε έναν αισθητήρα επιταχυνσιόμετρο,είναι σημαντικό να συνδέσετε σωστά τις πιεζοηλεκτρικές πλάκες στη βάση. Η ενέργεια αυτή πραγματοποιείται με συγκόλληση. Το καλώδιο πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:

• η αντίσταση μόνωσης πρέπει να είναι υψηλή.
• Η οθόνη βρίσκεται δίπλα στον χώρο διαβίωσης.
• αντι-δόνηση;
• ευελιξία.

Δηλαδή, η είσοδος του ενισχυτή δεν πρέπει να γίνεικουνώντας το καλώδιο. Το κύκλωμα μέτρησης δημιουργείται συμμετρικά έτσι ώστε να μην υπάρχει παρεμβολή. Στον αισθητήρα, η σύνδεση είναι ασύμμετρη, η αντίσταση των ακροδεκτών και του περιβλήματος συνδέεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνονται οι εξωτερικές πλάκες. Για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα, ο μετρητής πρέπει να εκτελέσει από έναν περιττό αριθμό υλικών που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία. Τα στοιχεία πιέζονται πάνω στον ενισχυτή μέσω οπών στο κεντρικό τμήμα και μέσω μονωτών που είναι βιδωμένοι στο σώμα.

Χαρακτηριστικά συσκευών που μετρούν τους κραδασμούς

Για να αυξήσετε την ευαισθησία της μέτρησηςείναι απαραίτητο να εφαρμοστούν πιεζοηλεκτρικά με υψηλό συντελεστή. Αυτό το υλικό τοποθετείται παράλληλα στη σειρά και συνδέεται με μεταλλικά παρεμβύσματα και πλάκες. Για το σκοπό αυτό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ουσίες που εργάζονται για κάμψη. Ωστόσο, έχουν χαμηλή συχνότητα και είναι κατώτερα από τη μηχανική συμπίεσης.

Το υλικό μπορεί να είναι bimorph, είναι συνήθωςσυλλέγονται σειριακά ή παράλληλα, όλα εξαρτώνται από θετικά τοποθετημένο άξονες. Κατά κανόνα, πρόκειται για δύο πλάκες. Δεδομένης της ουδέτερης στιβάδας, τα ανωτέρω μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου από μια μεταλλική πλάκα που έχει ένα μέσο πάχος.

Για να μετρήσετε τα σήματα που κινούνται αρκετά αργά, πρέπει να κάνετε τα εξής:

• ένας πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας ενσωματώνεται σε έναν αυτόματο γεννήτορα.
• ο κρύσταλλος είναι στη συχνότητα συντονισμού.
• καθώς συμβαίνει το φορτίο, οι δείκτες θα αλλάξουν.

Σήμερα, τα πιεζο-επιταχυνσιόμετρα είναι προηγμένα όργανα που μπορούν να είναι υψηλής συχνότητας, με μεγάλη ευαισθησία.

Εναλλακτική πηγή ενέργειας μέσω μετατροπέων

Ένα από τα διάσημα και ανεξάντλητα κεφάλαιαη παραγωγή ηλεκτρισμού είναι η ενέργεια των κυμάτων. Οι σταθμοί αυτοί τοποθετούνται απευθείας στο υδάτινο περιβάλλον. Το φαινόμενο αυτό συνδέεται με τις ακτίνες του ήλιου, οι οποίες θερμαίνουν τη μάζα του αέρα, δημιουργώντας έτσι κύματα. Ο άξονας αυτού του φαινομένου έχει ενεργειακή ένταση, η οποία καθορίζεται από την ισχύ του ανέμου, το πλάτος των μέτωπων του αέρα και τη διάρκεια των ριπών.

Η τιμή μπορεί να κυμαίνεται σε ρηχά νερά ήφθάσει τα 100 kW ανά μέτρο. Ο μετατροπέας ενέργειας με πιεζοηλεκτρικό κύμα λειτουργεί σύμφωνα με μια συγκεκριμένη αρχή. Η στάθμη του νερού ανεβαίνει μέσω του κύματος, ενώ κατά τη διαδικασία ο αέρας συμπιέζεται από το σκάφος. Στη συνέχεια, τα ρεύματα παραλείπονται από έναν ανεστραμμένο στρόβιλο. Η μονάδα περιστρέφεται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, ανεξάρτητα από την κίνηση των κυμάτων.

Αυτή η μονάδα έχει θετικό χαρακτηριστικό. Μέχρι σήμερα, η βελτίωση του σχεδιασμού δεν προβλέπεται, επειδή η αποδοτικότητα και η αρχή της λειτουργίας έχουν αποδειχθεί με όλους τους υπάρχοντες τρόπους. Κατά τη διαδικασία της τεχνικής προόδου, ενδεχομένως, θα κατασκευαστούν πλωτοί σταθμοί.

Πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας υπερήχων

Αυτή η συσκευή έχει σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μην απαιτείταιπρόσθετες ρυθμίσεις. Είναι εξοπλισμένο με μια μονάδα μνήμης, η οποία δίνει το τεχνικό αποτέλεσμα. Αναφέρεται στην οργάνωση. Αυτές οι συσκευές διαφέρουν ως προς τον τύπο, τα τεχνικά χαρακτηριστικά, τα οποία συντάσσονται με βάση τα δεδομένα σχετικά με το σχεδιασμό και τον σκοπό με ελάχιστα σφάλματα. Όλες οι απαιτήσεις βασίζονται στο σχεδιασμό.

Για όλες αυτές τις συσκευές που παρέχονταιΠρότυπο σχέδιο δημιουργίας: ανιχνευτής ελαττωμάτων, περίβλημα, ηλεκτρόδια, το κύριο στοιχείο, το οποίο είναι συνδεδεμένο με τη βάση, πυρήνα, φύλλο αλουμινίου και άλλα υλικά. Ένας υπερηχητικός πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας είναι ένα χρήσιμο μοντέλο. Σας επιτρέπει να λαμβάνετε δεδομένα απευθείας χρησιμοποιώντας τον ήχο που είναι εγκατεστημένος στη βάση της συσκευής.

Εφαρμογές πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα

Οι συσκευές άμεσου αποτελέσματος χρησιμοποιούνται σεόργανα που μετρά τη δύναμη, την πίεση, την επιτάχυνση. Έχουν υψηλό επίπεδο συχνότητας και ακαμψίας. Συσκευές με ανατροφοδότηση που χρησιμοποιούνται σε υπερηχητικές δονήσεις, τη μετατροπή της τάσης σε παραμόρφωση, εξισορρόπηση. Εάν ληφθούν ταυτόχρονα υπόψη και τα δύο αποτελέσματα, τότε αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη για piezoresonators, οι οποίες μετατρέπουν ένα είδος ενέργειας σε ένα άλλο μάλλον γρήγορα.

Θετικές συσκευές που περιλαμβάνονται στο αντίστροφοκατευθύνουν, λειτουργούν σε αυτόματες ταλαντώσεις και χρησιμοποιούνται σε γεννήτριες. Ο χώρος της εφαρμογής τους είναι εκτεταμένος, καθώς έχουν μεγάλη σταθερότητα στη σωστή δημιουργία. Συχνά, για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα και να ληφθούν σωστές πληροφορίες, χρησιμοποιούνται αρκετοί πιεζοενσωματωτές.

Μειονεκτήματα των μετατροπέων

Σε αυτές τις συσκευές υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός θετικών. Ωστόσο, έχουν επίσης αρνητικά χαρακτηριστικά:

• η αντίσταση εξόδου είναι μέγιστη.
• Τα κυκλώματα και τα καλώδια μέτρησης πρέπει να δημιουργούνται βάσει αυστηρών απαιτήσεων και συστάσεων.

Ο υπολογισμός του πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα εμφανίζει αρχικά την εξίσωση για τη συχνότητα συντονισμού: F_σ = 0.24 · s ·. Πάχος πλακών: h = f_σ · Α² / 0.24 · c = 35.10³ · 25 · 10^-6/ 0.24 · 2900 = 1.257 · 10^-3m. Τα ενεργειακά χαρακτηριστικά υπολογίζονται ως εξής: W_α = W_ac.ud · S = 40 · 4,53 · 10^-3.