Hierdie omsetters behoort aan 'n subgroep van kragopwekkers, hulle is gebaseer op meganies opgehoopte elektriese ladings. As gevolg hiervan word die volgende verwantskap onderskei: Q=d P. In hierdie geval is d die piëso-elektriese modulus, en P is die krag. As 'n reël is die materiaal kwarts, toermalyn, uitgloeimengsels, barium, lood. Om 'n piëso-elektriese transducer te ontwerp, is dit nodig om laspatrone te gebruik: kompressie, buiging, skuif, spanning.
Direkte en omgekeerde piëso-elektriese effek
Die direkte effek word gekenmerk deur die volgende: die kristallyne materiaal wat gebruik word, vorm 'n rooster as gevolg van gelaaide ione wat in 'n sekere volgorde gerangskik is. In die proses wissel ongelyksoortige deeltjies mekaar af en kompenseer mekaar, wat elektriese neutraliteit tot gevolg het. Kristalle het kenmerke wat soos volg aangedui word:
- simmetrie met betrekking tot die as;
- met inagneming van die vorige aansig, verskyn 'n rooster met ione wat afwissel en kompenseer.
As die materiaal wat in die proses gebruik word na die krag Fx gerig is, danvervorm word, verander die afstand tussen die positiewe en negatiewe ladings, en die rigting in die gegewe as word geëlektrifiseer. Dit alles word uitgedruk in die formule q=d11Fx en is eweredig aan krag. Die koëffisiënt word geassosieer met die stof en sy toestand, dit het 'n naam - die piëzo-elektriese module. Indekse word bepaal deur sterkte en rand, maar as jy van rigting verander, sal die effek anders wees.
Die piëzo-elektriese omskakelaar in die direkte proses elektrifiseer die kristalle onder die invloed van eksterne kragte. Hierdie effek vind plaas onder die invloed van stowwe wat elektrisiëns is. Om meetinstrumente te maak, sal jy kwartskristalle nodig hê. Dit wil sê, die werkingsbeginsel van die piëso-elektriese omskakelaar is soos volg: met 'n direkte effek word die aksie deur meganika uitgevoer, en met die omgekeerde word kristalle vervorm.
Bykomende piëzo-effekte
Kristal kan gepolariseer word wanneer die plaat aan kragte op die X-, Y-asse onderwerp word Fy – dwars, met Fz geen koste kom voor nie. Die kwartskristal is op drie koördinaat-asse geleë. Om piëzo-elektriese omskakelaars te gebruik, is dit nodig om 'n plaat te sny wat die effek aandui. Dit het die volgende beskrywing:
- hoë sterkte;
- spanning toegelaat tot 108 N/m2, dus groot meetbare kragte is moontlik;
- rigiditeit en elastisiteit;
- minimale wrywing binne;
- stabiliteit,wat nie verander nie;
- Maksimum kwaliteit faktor van die vervaardigde materiaal.
Kwartsplate word slegs gebruik in transduktors wat druk en krag meet. Gegewe die hardheid van die materiaal, is dit moeilik om te verwerk, so 'n eenvoudige vorm word daaruit geskep. Die modulus is konstant by 'n konstante temperatuur. As dit toeneem, is daar in hierdie geval 'n afname in die module. Die piëso-elektriese eienskappe verdwyn by 573 grade Celsius.
Beskrywing van die toestel en meetkringe
Piëzo-elektriese drukomskakelaar het die volgende struktuur:
- membraan, wat die onderkant van die houer is;
- die buitenste voering is geaard, en die middelste een is met kwarts geïsoleer;
- plate het hoë weerstand, parallel gekoppel;
- die foelie en die binnekern van die kabel word in 'n gaatjie vasgemaak wat met 'n deksel toegemaak is.
Die uitsetkrag is minimaal, in hierdie verband word 'n versterker met 'n groot weerstand voorsien. In wese hang die spanning af van die kapasitansie van die insetkring. Die kenmerke van die transducer dui op sensitiwiteit en kapasitansie. Basies is dit die lading en die toestel se eie aanwysers. As dit in totaal bereken word, sal die volgende uitsetkrag verkry word: Sq =q/F of Uxx=d11 F/Co.
Om die frekwensiereeks uit te brei, is dit nodig om die gemete lae veranderlikes na 'n konstante tydkring te verhoog. Dit is maklik om dit te doen deur aan te skakelkapasitors wat parallel met die toestel geleë is. In hierdie geval sal die uitsetspanning egter afneem. Die weerstand wat verhoog is, sal die omvang uitbrei sonder verlies aan sensitiwiteit. Maar om dit te verhoog, is verbeterde isolasie-eienskappe en versterkers met 'n hoë-weerstand-invoer nodig.
Beskrywing van meetkringe
Spesifieke en oppervlakweerstand bepaal hul eie, en die hoofkomponent vir kwarts is hoër, dus moet die piëso-elektriese omskakelaar verseël word. As gevolg hiervan word die kwaliteit verbeter en die oppervlak word beskerm teen vog en vuil. Sensormeetkringe is geskep as hoë-weerstandversterkers, wat gebaseer was op 'n veldeffek transistor-uitsetstadium en 'n nie-omkeerversterker met 'n operasionele toestel. Spanning word aan die inset en uitset verskaf.
Hierdie verouderde piëso-elektriese transducer het egter foute gehad:
- afhanklikheid van uitsetspanning en sensitiwiteit in verhouding tot sensorvolume;
- onstabiele kapasiteit wat verander as gevolg van temperatuurtoestande.
Die spanning van die versterker en die sensitiwiteit word bepaal deur die toelaatbare fout, indien die ingeslote stabiele volume aangevul word met C1. Formule: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Na transformasie kry ons: S=Ubx/F. As die koëffisiënt onderskeidelik toeneem en hierdie veranderlikes toeneem. Die meetkring word gekenmerk deur:
- konstante tydlyn;
- weerstand R word bepaal deur insetversterking, isolasie van sensors, kabels, en R3;
- MOS-transistors is sterker as veldtoestelle, maar het 'n hoë geraasvlak;
- R3 stabiliseer die spanning, die waarde daarvan word bereken as ~ 1011 Ohm.
Deur die laaste veranderlike te ontleed, kan ons aanvaar dat die konstante tydlyn soos volg is: t ≦ 1c. Toestelle kan vandag piëso-elektriese sensors met spanningsversterkers gebruik om te laai.
Toestelvoordele
Die piëzo-elektriese transducer het die volgende voordele:
- maklike strukturele samestelling;
- dimensions;
- betroubaarheid;
- omskakeling van meganiese spanning in elektriese lading;
- veranderlikes wat vinnig gemeet kan word.
In die geval van 'n materiaal soos kwarts, wat naby die ideale toestand van die liggaam is, is die transformasie van meganika in 'n elektriese lading moontlik met 'n minimum fout van -4 tot -6. Die ontwikkeling van hoë-presisie tegnologie het egter die vermoë verbeter om verlieslose akkuraatheid te realiseer. Gevolglik kan ons tot die gevolgtrekking kom dat hierdie piëso-elektriese transduktors die geskikste is vir die meet van kragte, druk en ander elemente.
PET-versnelling het die volgende struktuur:
- alle materiale is aan die titaniumbasis geheg;
- twee het gelyktydig piëso-elektriese elemente aangeskakelvan kwarts;
- hoë-digtheid traagheidsmassa ontwerp vir minimum afmetings;
- seinverwydering met koperfoelie;
- sy is op haar beurt aan 'n kabel gekoppel wat gesoldeer is;
- sensor bedek deur 'n doppie wat in die basis vasgeskroef is;
- om die meter op die voorwerp vas te maak, sny die draad.
Ondanks die massa is die sensor redelik stabiel en dig. Werk teen 150 m/s2.
Ontwerpkenmerke van omskakelaars
Indien dit nodig is om 'n versnellingsmetersensor te vervaardig, is dit belangrik om die piëzo-sensorplate korrek aan die basis vas te maak. Hierdie aksie word uitgevoer deur soldering. Die kabel moet aan die volgende vereistes voldoen:
- isolasieweerstand moet hoog wees;
- die skerm is langs die sitkamer geplaas;
- antivibrasie;
- buigsaamheid.
Dit wil sê, die kabel moet nie by die ingang van die versterker geskud word nie. Die meetkring word simmetries geskep sodat interferensie nie plaasvind nie. In die sensor is die verbinding asimmetries, die weerstand van die leidings en die omhulsel is so verbind dat die isolasie van die buitenste plate verkry word. Om die gewenste resultaat te bereik, moet die meter gemaak word van 'n onewe aantal materiale wat in die proses gebruik word. Die elemente word teen die versterker gedruk deur gate in die sentrale deel en deur isolators wat aan die kas vasgeskroef is.
Kenmerke van vibrasiemeettoestelle
Om die sensitiwiteit van die meettoestel te verhoog, is dit nodig om hoëmodulus piëso-elektriese elemente te gebruik. Hierdiedie materiaal word parallel in 'n ry gelê en met metaalpakkings en plate verbind. Vir 'n soortgelyke effek kan stowwe wat op buiging werk, steeds gebruik word. Hulle is egter lae frekwensie en minderwaardig aan kompressiemeganika.
Materiaal kan bimorf wees, dit word gewoonlik in serie of parallel versamel, dit hang alles af van die positief geleë asse. As 'n reël is dit twee plate. As die neutrale laag in ag geneem word, kan 'n oorlaag van metaal met 'n gemiddelde dikte gebruik word in plaas van 'n piëso-elektriese element.
Om seine te meet wat stadig genoeg beweeg, doen die volgende:
- piëzo-elektriese transducer ingesluit in die ossillator;
- kristal is op resonante frekwensie;
- sodra die las plaasvind, sal die aanwysers verander.
Vandag is piëzo-versnellingsmeters gevorderde toestelle wat hoëfrekwensie kan wees, met sterk sensitiwiteit.
Alternatiewe energiebron deur omsetters
Een van die bekende en onuitputlike maniere om elektrisiteit op te wek is golfenergie. Sulke stasies word direk in die akwatiese omgewing gemonteer. Hierdie verskynsel word geassosieer met die son se strale, wat die massa lug verhit, waardeur golwe ontstaan. Die skag van hierdie verskynsel het 'n energie-intensiteit, wat bepaal word deur die sterkte van die wind, die breedte van die lugfronte, die duur van die rukwinde.
Die waarde kan fluktueer in vlak water of 100 kW per meter bereik. Die piëso-elektriese golfenergie-omskakelaar werk volgens 'n sekere beginsel. Die watervlak styg deur middel van 'n golf, in die proses word die lug uit die houer gedruk. Die vloei word dan deur 'n omkeerturbine deurgevoer. Die eenheid draai in 'n sekere rigting, ongeag die beweging van die golwe.
Hierdie toestel het 'n positiewe eienskap. Tot vandag toe word die verbetering van die ontwerp nie voorspel nie, want die doeltreffendheid en beginsel van werking is op alle bestaande maniere bewys. In die proses van tegnologiese vooruitgang kan drywende stasies gebou word.
Ultrasoniese piëso-elektriese transducer
Hierdie toestel is so ontwerp dat dit nie bykomende instellings benodig nie. Dit is toegerus met 'n geheueblok, wat die tegniese resultaat gee. Verwys na beheer- en meettoestelle. Sulke toestelle verskil in tipe, tegniese eienskappe, wat saamgestel word op grond van ontwerp- en doeldata met minimale foute. Alle vereistes word op grond van ontwerp oorweeg.
Vir al sulke toestelle word 'n standaardskeppingskema voorsien: 'n foutdetektor, 'n behuising, elektrodes, die hoofelement wat aan die basis vasgemaak is, 'n kern, foelie en ander materiale. 'n Ultrasoniese piëso-elektriese transducer is 'n nutsmodel. Dit laat jou toe om data direk te ontvang deur die klank wat op die basis van die toestel geïnstalleer is, te gebruik.
Piëzo-omskakelaartoepassings
Toestelle metdirekte effek word gebruik in instrumente wat krag, druk, versnelling meet. Hulle het 'n hoë vlak van frekwensie en hardheid. Toestel met terugvoer word gebruik in ultrasoniese vibrasies, die omskakeling van spanning in vervorming, balansering. As beide effekte gelyktydig in ag geneem word, dan is hierdie opsie geskik vir piëzoresonators wat een tipe energie redelik vinnig in 'n ander omskakel.
Positiewe toestelle, gekoppel in die teenoorgestelde rigting, werk op outomatiese ossillasies en word in kragopwekkers gebruik. Die omvang van hul toepassing is omvangryk, aangesien hulle hoë stabiliteit het wanneer dit behoorlik geskep word. Dikwels word verskeie piëzo-resonators gebruik om die gewenste effek te bereik en die korrekte inligting te verkry.
Nadele van omskakelaars
Hierdie toestelle het 'n groot aantal positiewe aspekte. Hulle het egter ook negatiewe kenmerke:
- uitsetweerstand - maksimum;
- meetkringe en -kabels moet geskep word op grond van streng vereistes en riglyne.
Berekening van die piëso-elektriese transducer lei aanvanklik die vergelykingformule af vir die resonante frekwensie: Fp =0.24 ·c·. Plaatdikte: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Energie-eienskappe word soos volg bereken: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
