Transductor piezoeléctrico: propósito y aplicación

Estos convertidores pertenecen a un subgrupogenerador, en su base por medio de la mecánica se acumulan las cargas eléctricas. Como resultado, se distingue la siguiente relación: Q = d · P. En este caso, d es un piezomodulo, y P es un esfuerzo. Normalmente, el material es cuarzo, turmalina, una mezcla de recocido, bario y plomo. Para diseñar un transductor piezoeléctrico, es necesario utilizar circuitos de carga: compresión, flexión, corte, estiramiento.

Efecto piezoeléctrico directo e inverso

El efecto directo se caracteriza por lo siguiente: El material de cristal utilizado forma una red debido a los iones cargados dispuestos en un cierto orden. En el proceso, a diferencia de las partículas, se alternan y producen compensación mutua, lo que resulta en una neutralidad eléctrica. Los cristales tienen características que se designan de la siguiente manera:

• simetría con respecto al eje;
• teniendo en cuenta la forma anterior, aparece un enrejado con iones, que se alternan y cancelan.

Si el material utilizado en el proceso se dirige a la fuerza F_x, entonces se deforma, la distancia entre cargas positivas y negativas cambia, y la dirección se electrifica en el eje dado. Todo esto se expresa en la fórmula q = d₁₁F_x y es proporcional a la fuerza. El coeficiente está relacionado con la sustancia y su estado, llamado módulo piezoeléctrico. Los índices están determinados por la fuerza y ​​el borde, pero si se cambia la dirección, el efecto será diferente.

Transductor piezoeléctrico con directoel proceso electrifica los cristales bajo la influencia de fuerzas externas. Este efecto surge de la influencia de sustancias que son eléctricas. Para hacer instrumentos de medición, necesitará cristales de cuarzo. Es decir, el principio del transductor piezoeléctrico es el siguiente: con un efecto directo, el efecto se efectúa a través de la mecánica, y cuando ocurre lo contrario, los cristales se deforman.

Efectos piezoeléctricos adicionales

El cristal se puede polarizar cuando las fuerzas en los ejes X, Y se aplican a la placa._x , entonces aparece el efecto longitudinal, y cuando F_y - transversal, con F_z No se producen cargos. El cristal de cuarzo se encuentra en tres ejes de coordenadas. Para usar transductores piezoeléctricos, es necesario cortar una placa que indique el efecto. Tiene la siguiente descripción:

• alta resistencia;
• se permite voltaje hasta 10⁸ N / m²Debido a esto, son posibles grandes fuerzas medibles;
• rigidez y elasticidad;
• fricción mínima en el interior;
• estabilidad que no cambia;
• Factor de máxima calidad del material.

Las placas de cuarzo se utilizan sólo enConvertidores que miden presión y fuerza. Dada la dureza del material es difícil de procesar, por lo tanto, a partir de él crea una forma simple. El módulo es constante a una temperatura constante. Si aumenta, entonces en este caso el módulo disminuye. Las propiedades piezoeléctricas desaparecen a una temperatura de 573 grados centígrados.

Descripción del dispositivo y circuitos de medición.

El transductor de presión piezoeléctrico tiene la siguiente estructura:

• una membrana que es la parte inferior de la carcasa;
• el revestimiento está conectado a tierra externamente y el medio está aislado con cuarzo;
• Las placas tienen alta resistencia, están conectadas en paralelo;
• La lámina y el núcleo interno del cable se sujetan en el orificio cerrado por la cubierta.

La potencia de salida es mínima, debido a estoProporcionar un amplificador con alta resistencia. De hecho, la tensión depende de la capacitancia del circuito de entrada. Las características del transductor indican sensibilidad y capacitancia. Básicamente es la carga y los indicadores propios del dispositivo. Si calculamos el total, obtenemos la siguiente potencia de salida: S_q = q / F o U_xx = d₁₁· F / C_o.

Para ampliar el rango de frecuencia, debeLas variables bajas medidas aumentan en la dirección de la cadena de tiempo constante. Tal acción es fácil de implementar con la inclusión de condensadores que están dispuestos en paralelo con el dispositivo. Es cierto que la tensión de salida disminuirá. La resistencia aumentada ampliará el rango sin perder sensibilidad. Pero para mejorarlo, se necesitan cualidades de aislamiento mejoradas y amplificadores de entrada de alta impedancia.

Descripción de los circuitos de medición.

Determinar la resistencia específica y de la superficie.El componente principal para el cuarzo es mayor, por lo que el transductor piezoeléctrico debe estar sellado. Como resultado, las cualidades mejoran y la superficie se protege de la humedad y la suciedad. Los circuitos de medición de sensores se crearon como amplificadores de alta impedancia, que se basaban en el transistor de transistor de efecto de campo y en el amplificador no inversor con un dispositivo operativo. El voltaje se alimenta a la entrada y salida.

Sin embargo, este transductor piezoeléctrico obsoleto tenía desventajas:

• la dependencia de la tensión de salida y la sensibilidad con respecto al volumen del sensor;
• Capacidad inestable, que varía debido a las condiciones de temperatura.

La tensión y la sensibilidad del amplificador están determinadas por el error permitido, si agregamos el volumen estable incluido C₁. Fórmula: y_s = (ΔC_o + ΔC_k) / (C_o+ C_k + C₁). Después de la conversión obtenemos: S = U_bx/ F. Si el coeficiente aumenta, respectivamente, y estas variables aumentan. Para la característica del circuito de medición:

• línea de tiempo constante;
• La resistencia R se determina por la ganancia de entrada, el aislamiento de los sensores, los cables y R₃;
• Los transistores MIS son más fuertes que los dispositivos de campo, pero tienen un alto nivel de ruido;
• R₃ estabiliza la tensión, su valor se calcula como _~ 10¹¹ Ohm

Al analizar la última variable, puedeSupongamos que la línea de tiempo constante es la siguiente: t ≤ 1c. Hoy en día, los dispositivos pueden usar sensores piezoeléctricos para cargar amplificadores de voltaje.

Ventajas características de los dispositivos.

El transductor piezoeléctrico tiene las siguientes ventajas:

• simplicidad de montaje estructural;
• dimensiones generales;
• confiabilidad;
• Mecanicos de conversión de voltaje en la carga eléctrica;
• Variables que se pueden medir rápidamente.

En el caso de un material como el cuarzo, quecerca del estado ideal del cuerpo, la transformación de la mecánica en carga eléctrica es posible con un error mínimo de -4 a -6. Sin embargo, el desarrollo de tecnología de alta precisión ha mejorado la capacidad de obtener una precisión sin pérdidas. Como resultado, se puede concluir que estos transductores piezoeléctricos son los más adecuados para medir la fuerza, la presión y otros elementos.

La sonda de aceleración tiene la siguiente estructura:

• Todos los materiales están unidos a la base de titanio;
• dos elementos de cuarzo piezoeléctricos incluidos simultáneamente;
• La masa inercial de alta densidad está diseñada para dimensiones mínimas;
• eliminando la señal a través de lámina de latón;
• a su vez, está conectado al cable que está soldado;
• el sensor se cierra con una tapa atornillada en la base;
• Para reforzar el calibre en el objeto, cortar el hilo.

A pesar del peso, el sensor es bastante estable y denso. Trabajos en el rango de 150 m / s.².

Características constructivas de los convertidores.

Si necesitas hacer un sensor acelerómetro,Es importante fijar correctamente las placas piezo-sensibles a la base. Esta acción se realiza mediante soldadura. El cable debe cumplir los siguientes requisitos:

• la resistencia de aislamiento debe ser alta;
• La pantalla está situada junto al residencial.
• antivibraciones;
• flexibilidad.

Es decir, la entrada del amplificador no debe hacerse.sacudiendo el cable. El circuito de medición se crea simétricamente para evitar interferencias. En el sensor, la conexión es asimétrica, la resistencia de los terminales y la carcasa se conectan de tal manera que se obtiene el aislamiento de las placas externas. Para lograr el resultado deseado, necesita hacer el medidor de un número impar de materiales que se utilizan en el proceso. Los elementos se presionan al amplificador a través de los orificios en la parte central y a través de aisladores que se atornillan a la carcasa.

Características de los instrumentos de medición de vibraciones.

Para aumentar la sensibilidad de la medición.Dispositivo, debe aplicar un alto elemento piezoeléctrico modular. Este material se coloca en paralelo en una fila y se conecta con juntas y placas de metal. Para este efecto, las sustancias que trabajan en la flexión todavía se pueden utilizar. Sin embargo, tienen una baja frecuencia y son inferiores a la mecánica de compresión.

El material puede ser bimorfo, suele serensamblado en serie o en paralelo, todo depende de los ejes ubicados positivamente. Como regla general, estas son dos placas. Si tomamos en cuenta la capa neutra, entonces sobre ella, en lugar del elemento piezoeléctrico, se puede usar una almohadilla de metal con un espesor promedio.

Para medir señales que se mueven lo suficientemente lento, necesita hacer lo siguiente:

• Transductor piezoeléctrico incluido en el oscilador;
• el cristal está en la frecuencia de resonancia;
• A medida que pase la carga, los indicadores cambiarán.

Hoy en día, los piezoacelerómetros son instrumentos avanzados que pueden ser de alta frecuencia, con una fuerte sensibilidad.

Fuente de energía alternativa a través de convertidores.

Uno de los fondos famosos e inagotables.Producir electricidad es la energía de las olas. Estas estaciones se montan directamente en el medio acuático. Este fenómeno está asociado con los rayos del sol, que calientan la masa de aire, creando así ondas. El eje de este fenómeno tiene una intensidad energética, que está determinada por la fuerza del viento, el ancho de los frentes de aire, la duración de las ráfagas.

El valor puede fluctuar en aguas poco profundas oAlcanzar los 100 kW por metro. El convertidor de energía de onda piezoeléctrica funciona de acuerdo con un cierto principio. El nivel del agua sube a través de la ola, en el proceso el aire se exprime del recipiente. Entonces las corrientes se saltan por una turbina de marcha atrás. La unidad gira en cierta dirección, independientemente del movimiento de las ondas.

Esta unidad tiene una característica positiva. Hasta hoy, la mejora del diseño no está prevista, ya que la eficiencia y el principio de funcionamiento se han probado en todas las formas existentes. En el proceso de progreso técnico, posiblemente, se construirán estaciones flotantes.

Transductor piezoeléctrico ultrasónico

Este dispositivo está diseñado de tal manera que no requiereConfiguraciones adicionales. Está equipado con una unidad de memoria, que da el resultado técnico. Se refiere a la instrumentación. Dichos dispositivos difieren en su tipo, características técnicas, que se compilan sobre la base de datos sobre el diseño y propósito con errores mínimos. Todos los requisitos se basan en el diseño.

Para todos los dispositivos proporcionadosesquema de creación estándar: detector de fallas, alojamiento, electrodos, el elemento principal que se adjunta a la base, el núcleo, la lámina y otros materiales Un transductor piezoeléctrico ultrasónico es un modelo útil. Le permite recibir datos directamente utilizando el sonido instalado en la base del dispositivo.

Aplicaciones de convertidor piezoeléctrico

Se utilizan dispositivos de efecto directo enInstrumentos que miden fuerza, presión, aceleración. Tienen un alto nivel de frecuencia y rigidez. Aparato con retroalimentación utilizada en vibraciones ultrasónicas, la conversión de estrés en deformación, balanceo. Si se toman en cuenta ambos efectos al mismo tiempo, entonces esta opción es adecuada para los piezorresonadores, que convierten un tipo de energía en otro con bastante rapidez.

Dispositivos positivos incluidos en el reverso.Dirección, operan en oscilaciones automáticas y se utilizan en generadores. El área de su aplicación es extensa, ya que tienen una alta estabilidad en la creación correcta. A menudo, para lograr el efecto deseado y obtener la información correcta, se utilizan varios piezorresonadores.

Desventajas de los transductores

En estos dispositivos hay una gran cantidad de positivos. Sin embargo, también tienen rasgos negativos:

• La resistencia de salida es máxima;
• Los circuitos y cables de medición deben crearse de acuerdo con estrictos requisitos y recomendaciones.

El cálculo del transductor piezoeléctrico inicialmente muestra la ecuación para la frecuencia de resonancia: F_p = 0.24 · s ·. Grueso de la placa: h = f_p · A² / 0.24 · c = 35 · 10³ · 25 · 10^-6/ 0.24 · 2900 = 1.257 · 10^-3m. Las características energéticas se calculan de la siguiente manera: W_ak = W_ac.ud · S = 40 · 4.53 · 10^-3.