Tyto měniče patří do podskupiny generátorů, jsou založeny na mechanicky akumulovaných elektrických nábojích. V důsledku toho se rozlišuje následující vztah: Q=d P. V tomto případě d je piezoelektrický modul a P je síla. Materiálem je zpravidla křemen, turmalín, žíhací směsi, baryum, olovo. Pro návrh piezoelektrického měniče je nutné použít vzory zatížení: tlak, ohyb, smyk, tah.
Přímý a reverzní piezoelektrický efekt
Přímý účinek je charakterizován následujícím: použitý krystalický materiál tvoří mřížku díky nabitým iontům uspořádaným v určitém pořadí. V procesu se různé částice střídají a vzájemně kompenzují, což vede k elektrické neutralitě. Krystaly mají vlastnosti, které jsou označeny následovně:
- symetrie vzhledem k ose;
- vzhledem k předchozímu pohledu se objeví mřížka s ionty, které se střídají a kompenzují.
Pokud materiál použitý v procesu směřuje k síle Fx, pakse deformuje, mění se vzdálenost mezi kladným a záporným nábojem a směr v dané ose je elektrifikovaný. To vše je vyjádřeno ve vzorci q=d11Fx a je úměrné síle. Koeficient je spojen s látkou a jejím skupenstvím, má název - piezoelektrický modul. Indexy jsou určeny silou a okrajem, ale pokud změníte směr, efekt bude jiný.
Piezoelektrický měnič v přímém procesu elektrizuje krystaly pod vlivem vnějších sil. K tomuto efektu dochází pod vlivem látek, které jsou elektrikáři. K výrobě měřicích přístrojů budete potřebovat krystaly křemene. To znamená, že princip činnosti piezoelektrického měniče je následující: s přímým účinkem se akce provádí prostřednictvím mechaniky a obráceně se krystaly deformují.
Další piezo efekty
Krystal může být polarizován, když je deska vystavena silám na osách X, Y. Fy – příčné, s Fz nevznikají žádné poplatky. Krystal křemene je umístěn na třech souřadnicových osách. Aby bylo možné použít piezoelektrické měniče, je nutné vyříznout destičku, která indikuje účinek. Má následující popis:
- vysoká pevnost;
- povolené napětí až 108 N/m2, takže jsou možné velké měřitelné síly;
- tuhost a pružnost;
- minimální tření uvnitř;
- stabilita,který se nemění;
- Maximální kvalitativní faktor vyrobeného materiálu.
Křemenné desky se používají pouze v převodnících, které měří tlak a sílu. Vzhledem k tvrdosti materiálu je obtížně zpracovatelný, proto z něj vzniká jednoduchý tvar. Modul je konstantní při konstantní teplotě. Pokud se zvýší, pak v tomto případě dojde k poklesu modulu. Piezoelektrické vlastnosti mizí při 573 stupních Celsia.
Popis zařízení a měřicích obvodů
Piezoelektrický tlakový měnič má následující strukturu:
- membrána, která je spodní částí pouzdra;
- vnější obložení je uzemněné a střední je izolováno křemenem;
- desky mají vysoký odpor, zapojené paralelně;
- fólie a vnitřní jádro kabelu jsou upevněny v otvoru uzavřeném víčkem.
Výstupní výkon je minimální, v tomto ohledu je k dispozici zesilovač s velkým odporem. Napětí v podstatě závisí na kapacitě vstupního obvodu. Charakteristiky převodníku udávají citlivost a kapacitu. V podstatě se jedná o nabití a vlastní indikátory zařízení. Pokud se spočítá jako celek, získá se následující výstupní výkon: Sq =q/F nebo Uxx=d11 F/Co.
Pro rozšíření frekvenčního rozsahu je nutné zvýšit měřené nízké proměnné směrem k obvodu s konstantním časem. Je snadné to provést zapnutímkondenzátory, které jsou umístěny paralelně se zařízením. V tomto případě se však výstupní napětí sníží. Zvýšený odpor rozšíří rozsah bez ztráty citlivosti. K jeho zvýšení jsou však zapotřebí lepší izolační vlastnosti a zesilovače s vysokoodporovým vstupem.
Popis měřicích obvodů
Specifický a povrchový odpor určují své vlastní a hlavní složka pro křemen je vyšší, takže piezoelektrický měnič musí být utěsněn. Výsledkem je zlepšení kvality a ochrana povrchu před vlhkostí a nečistotami. Senzorové měřicí obvody byly vytvořeny jako vysokoodporové zesilovače, které byly založeny na tranzistorovém koncovém stupni s efektem pole a neinvertujícím zesilovači s operačním zařízením. Napětí je přiváděno na vstup a výstup.
Tento zastaralý piezoelektrický měnič měl však nedostatky:
- závislost výstupního napětí a citlivosti ve vztahu k hlasitosti senzoru;
- nestabilní kapacita, která se mění v důsledku teplotních podmínek.
Napětí zesilovače a citlivost jsou určeny přípustnou chybou, pokud je zahrnutá stabilní hlasitost doplněna o C1. Vzorec: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Po transformaci dostaneme: S=Ubx/F. Pokud se koeficient zvýší, resp. a tyto proměnné se zvýší. Měřicí obvod je charakterizován:
- konstantní časová osa;
- odpor R je určen vstupním zesílením, izolací senzorů, kabelů a R3;
- tranzistory MOS jsou silnější než polní zařízení, ale mají vysokou hladinu šumu;
- R3 stabilizuje napětí, jeho hodnota se vypočítá jako ~ 1011 Ohm.
Při analýze poslední proměnné můžeme předpokládat, že konstantní časová osa je následující: t ≦ 1c. Zařízení dnes mohou k nabíjení používat piezoelektrické senzory se zesilovači napětí.
Výhody zařízení
Piezoelektrický měnič má následující výhody:
- snadná konstrukční montáž;
- dimensions;
- spolehlivost;
- přeměna mechanického napětí na elektrický náboj;
- proměnné, které lze rychle měřit.
V případě materiálu jako je křemen, který se blíží ideálnímu stavu těla, je transformace mechaniky na elektrický náboj možná s minimální chybou -4 až -6. Vývoj vysoce přesné technologie však zlepšil schopnost realizovat bezztrátovou přesnost. V důsledku toho můžeme dojít k závěru, že tyto piezoelektrické měniče jsou nejvhodnější pro měření sil, tlaku a dalších prvků.
Zrychlení PET má následující strukturu:
- všechny materiály jsou připevněny k titanové základně;
- dva současně zapnuté piezoelektrické prvkyz křemene;
- setrvačná hmota s vysokou hustotou navržená pro minimální rozměry;
- odstranění signálu mosaznou fólií;
- ona je zase připojena ke kabelu, který je připájen;
- snímač zakrytý krytkou zašroubovanou do základny;
- pro upevnění měřiče na předmět odstřihněte nit.
Navzdory hmotnosti je senzor poměrně stabilní a hustý. Pracuje rychlostí 150 m/s2.
Konstrukční vlastnosti převodníků
Pokud je nutné vyrobit senzor akcelerometru, je důležité správně připevnit piezo-snímací destičky k základně. Tato akce se provádí pájením. Kabel musí splňovat následující požadavky:
- izolační odpor by měl být vysoký;
- obrazovka je umístěna vedle obývacího pokoje;
- antivibrační;
- flexibilita.
To znamená, že kabelem by se na vstupu zesilovače nemělo třást. Měřicí obvod je vytvořen symetricky, aby nedocházelo k rušení. U snímače je zapojení asymetrické, odpor vývodů a pouzdra jsou spojeny tak, aby byla získána izolace vnějších desek. Pro dosažení požadovaného výsledku je nutné, aby byl měřič vyroben z lichého počtu materiálů, které se v procesu používají. Prvky jsou přitlačeny k zesilovači otvory ve střední části a izolátory, které jsou přišroubovány k pouzdru.
Funkce zařízení na měření vibrací
Pro zvýšení citlivosti měřicího zařízení je nutné použít vysokomodulové piezoelektrické prvky. Tentomateriál je položen paralelně v řadě a spojen s kovovými těsněními a deskami. Pro podobný efekt lze ještě použít látky, které působí na ohýbání. Jsou však nízkofrekvenční a horší než kompresní mechanika.
Materiál může být bimorfní, obvykle se shromažďuje v sérii nebo paralelně, vše závisí na kladně umístěných osách. Zpravidla se jedná o dva talíře. Pokud se vezme v úvahu neutrální vrstva, lze místo piezoelektrického prvku použít překryv z kovu o průměrné tloušťce.
Pro měření signálů, které se pohybují dostatečně pomalu, postupujte takto:
- piezoelektrický měnič zahrnutý v oscilátoru;
- krystal je na rezonanční frekvenci;
- jakmile dojde k zatížení, indikátory se změní.
Dnes jsou piezoakcelerometry pokročilá zařízení, která mohou být vysokofrekvenční a se silnou citlivostí.
Alternativní zdroj energie prostřednictvím konvertorů
Jedním ze slavných a nevyčerpatelných způsobů výroby elektřiny je energie vln. Takové stanice se montují přímo ve vodním prostředí. Tento jev je spojen se slunečními paprsky, které ohřívají masu vzduchu, díky čemuž vznikají vlny. Hřídel tohoto jevu má energetickou náročnost, která je dána silou větru, šířkou vzdušných front, dobou trvání poryvů.
Hodnota může v mělké vodě kolísat nebo dosáhnout 100 kW na metr. Piezoelektrický měnič energie vln pracuje na určitém principu. Hladina vody stoupá pomocí vlny, přičemž vzduch je vytlačován z nádoby. Proudy pak prochází reverzní turbínou. Jednotka se otáčí určitým směrem, bez ohledu na pohyb vln.
Toto zařízení má pozitivní charakteristiku. Dodnes se nepředpokládá zlepšení konstrukce, protože účinnost a princip fungování byly prokázány všemi existujícími způsoby. V procesu technologického pokroku mohou být postaveny plovoucí stanice.
Ultrazvukový piezoelektrický měnič
Toto zařízení je navrženo tak, že nevyžaduje další nastavení. Je vybavena paměťovým blokem, který dává technický výsledek. Týká se kontrolních a měřicích zařízení. Taková zařízení se liší typem, technickými charakteristikami, které jsou sestaveny na základě konstrukčních a účelových údajů s minimálními chybami. Všechny požadavky jsou zvažovány na základě designu.
Pro všechna taková zařízení je k dispozici standardní schéma vytvoření: defektoskop, pouzdro, elektrody, hlavní prvek, který je připevněn k základně, jádro, fólie a další materiály. Ultrazvukový piezoelektrický měnič je užitným vzorem. Umožňuje vám přijímat data přímo pomocí zvuku nainstalovaného na základně zařízení.
Aplikace piezoměničů
Zařízení spřímý účinek se používají v přístrojích, které měří sílu, tlak, zrychlení. Mají vysokou úroveň frekvence a tvrdosti. Přístroj se zpětnou vazbou se používá při ultrazvukových vibracích, přeměně napětí na deformaci, vyvažování. Pokud se berou v úvahu oba efekty současně, pak je tato možnost vhodná pro piezorezonátory, které poměrně rychle přeměňují jeden typ energie na jiný.
Pozitivní zařízení, připojená v opačném směru, pracují na automatických oscilacích a používají se v generátorech. Rozsah jejich použití je široký, protože při správném vytvoření mají vysokou stabilitu. K dosažení požadovaného efektu a získání správných informací se často používá několik piezo rezonátorů.
Nevýhody převodníků
Tato zařízení mají obrovské množství pozitivních aspektů. Mají však také negativní vlastnosti:
- výstupní odpor - maximální;
- měřicí obvody a kabely musí být vytvořeny na základě přísných požadavků a pokynů.
Výpočet piezoelektrického měniče nejprve odvodí vzorec rovnice pro rezonanční frekvenci: Fp =0,24 ·c·. Tloušťka desky: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energetické charakteristiky se vypočítají následovně: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
