Nämä muuntimet kuuluvat generaattoreiden alaryhmään, ne perustuvat mekaanisesti kertyneisiin sähkövarauksiin. Tämän tuloksena erotetaan seuraava suhde: Q=d P. Tässä tapauksessa d on pietsosähköinen moduuli ja P on voima. Pääsääntöisesti materiaali on kvartsia, turmaliinia, hehkutusseoksia, bariumia, lyijyä. Pietsosähköisen muuntimen suunnittelussa on käytettävä kuormituskuvioita: puristus, taivutus, leikkaus, jännitys.
Suora ja käänteinen pietsosähköinen efekti
Suoralle vaikutukselle on tunnusomaista seuraava: käytetty kiteinen materiaali muodostaa hilan varautuneiden ionien ansiosta, jotka on järjestetty tiettyyn järjestykseen. Prosessissa erilaiset hiukkaset vuorottelevat ja kompensoivat toisiaan, mikä johtaa sähköiseen neutraalisuuteen. Kiteillä on ominaisuuksia, jotka on merkitty seuraavasti:
- symmetria akselin suhteen;
- ottaen huomioon edellisen näkymän, näkyviin tulee hila ioneilla, jotka vuorottelevat ja kompensoivat.
Jos prosessissa käytetty materiaali ohjataan voimaan Fx, niin seon epämuodostunut, positiivisten ja negatiivisten varausten välinen etäisyys muuttuu ja suunta annetulla akselilla sähköistyy. Kaikki tämä ilmaistaan kaavalla q=d11Fx ja on verrannollinen voimaan. Kerroin liittyy aineeseen ja sen tilaan, sillä on nimi - pietsosähköinen moduuli. Indeksit määräytyvät vahvuuden ja reunan mukaan, mutta jos muutat suuntaa, vaikutus on erilainen.
Pietsosähköinen muunnin suorassa prosessissa sähköistää kiteet ulkoisten voimien vaikutuksesta. Tämä vaikutus tapahtuu sähköasentajien aineiden vaikutuksen alaisena. Mittauslaitteiden valmistamiseksi tarvitset kvartsikiteitä. Toisin sanoen pietsosähköisen anturin toimintaperiaate on seuraava: suoralla vaikutuksella toiminta suoritetaan mekaniikan kautta, ja päinvastoin kiteet muuttuvat muotoaan.
Lisäpietsotehosteet
Kide voidaan polarisoida, kun levyyn kohdistetaan X- ja Y-akseleille kohdistuvia voimia. Fy – poikittaissuuntainen, Fz ei veloiteta. Kvartsikide sijaitsee kolmella koordinaattiakselilla. Pietsosähköisten muuntimien käyttämiseksi on tarpeen leikata vaikutusta osoittava levy. Siinä on seuraava kuvaus:
- korkea lujuus;
- jännite enintään 108 N/m2, joten suuret mitattavissa olevat voimat ovat mahdollisia;
- jäykkyys ja joustavuus;
- minimaalinen kitka sisällä;
- vakaus,joka ei muutu;
- Valmistetun materiaalin suurin laatutekijä.
Kvartsilevyjä käytetään vain painetta ja voimaa mittaavissa muuntimissa. Materiaalin kovuuden vuoksi sitä on vaikea käsitellä, joten siitä luodaan yksinkertainen muoto. Moduuli on vakio vakiolämpötilassa. Jos se kasvaa, niin tässä tapauksessa moduulissa on laskua. Pietsosähköiset ominaisuudet katoavat 573 celsiusasteessa.
Laitteen ja mittauspiirien kuvaus
Pietsosähköisellä paineanturilla on seuraava rakenne:
- kalvo, joka on kotelon pohja;
- ulompi vuoraus on maadoitettu ja keskimmäinen on eristetty kvartsilla;
- levyillä on suuri vastus, kytketty rinnan;
- kaapelin kalvo ja sisäydin on kiinnitetty kannella suljettavaan reikään.
Lähtöteho on minimaalinen, tässä suhteessa tarjotaan vahvistin, jolla on suuri vastus. Pohjimmiltaan jännite riippuu tulopiirin kapasitanssista. Anturin ominaisuudet osoittavat herkkyyden ja kapasitanssin. Periaatteessa tämä on lataus ja laitteen omat ilmaisimet. Jos lasketaan yhteensä, saadaan seuraava lähtöteho: Sq =q/F tai Uxx=d11 F/Co.
Taajuusalueen laajentamiseksi on tarpeen kasvattaa mitattuja matalia muuttujia kohti vakioaikapiiriä. Tämä on helppo tehdä käynnistämälläkondensaattorit, jotka sijaitsevat rinnakkain laitteen kanssa. Tässä tapauksessa lähtöjännite kuitenkin pienenee. Lisätty vastus laajentaa kantamaa ilman herkkyyden menetystä. Mutta sen lisäämiseksi tarvitaan parempia eristysominaisuuksia ja vahvistimia korkearesistanssilla.
Mittauspiirien kuvaus
Ominaisuus- ja pintaresistanssi määräävät omansa, ja kvartsin pääkomponentti on korkeampi, joten pietsosähköinen anturi on tiivistettävä. Tämän seurauksena laatu paranee ja pinta on suojattu kosteudelta ja li alta. Anturimittauspiirit luotiin suurresistanssivahvistimiksi, jotka perustuivat kenttätransistorilähtöasteeseen ja ei-invertoivaan vahvistimeen, jossa oli toimintalaite. Jännite syötetään tuloon ja lähtöön.
Tässä vanhentuneessa pietsosähköisessä muuntimessa oli kuitenkin puutteita:
- lähtöjännitteen ja herkkyyden riippuvuus anturin äänenvoimakkuudesta;
- epävakaa kapasiteetti, joka muuttuu lämpötilaolosuhteiden vuoksi.
Vahvistimen jännite ja herkkyys määräytyvät sallitun virheen mukaan, jos mukana tulevaa vakaata äänenvoimakkuutta täydennetään C1. Kaava: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Muunnoksen jälkeen saamme: S=Ubx/F. Jos kerroin kasvaa vastaavasti, ja nämä muuttujat kasvavat. Mittauspiirille on tunnusomaista:
- jatkuva aikajana;
- resistanssi R määräytyy tulovahvistuksen, antureiden, kaapeleiden eristyksen ja R3;
- MOS-transistorit ovat vahvempia kuin kenttälaitteet, mutta niillä on korkea melutaso;
- R3 stabiloi jännitteen, sen arvo lasketaan ~ 1011 Ohm.
Viimeistä muuttujaa analysoimalla voidaan olettaa, että vakioaikaviiva on seuraava: t ≦ 1c. Nykyiset laitteet voivat käyttää lataamiseen pietsosähköisiä antureita jännitevahvistimilla.
Laitteen edut
Pietsosähköisellä muuntimella on seuraavat edut:
- helppo rakennekokoonpano;
- mitat;
- luotettavuus;
- mekaanisen jännitteen muuntaminen sähkövaraukseksi;
- muuttujia, jotka voidaan mitata nopeasti.
Kvartsin k altaisen materiaalin tapauksessa, joka on lähellä kehon ihannetilaa, mekaniikan muuntuminen sähkövaraukseksi on mahdollista minimivirheellä -4 - -6. Korkean tarkkuuden teknologian kehitys on kuitenkin parantanut kykyä toteuttaa häviötöntä tarkkuutta. Tämän seurauksena voimme päätellä, että nämä pietsosähköiset muuntimet soveltuvat parhaiten voimien, paineen ja muiden elementtien mittaamiseen.
PET-kiihtyvyyden rakenne on seuraava:
- kaikki materiaalit on kiinnitetty titaanialustalle;
- kaksi samanaikaisesti kytkettyä pietsosähköisiä elementtejäkvartsista;
- suuritiheyksinen inertiamassa, joka on suunniteltu pienimmille mitoille;
- signaalin poisto messinkikalvolla;
- hän puolestaan on kytketty kaapeliin, joka on juotettu;
- anturi peittyy pohjaan ruuvatulla korkilla;
- kiinnitä mittari esineeseen katkaisemalla lanka.
Massasta huolimatta anturi on melko vakaa ja tiivis. Toimii nopeudella 150 m/s2.
Muuntimien suunnitteluominaisuudet
Jos on tarpeen valmistaa kiihtyvyysanturi, on tärkeää kiinnittää pietsotunnistinlevyt oikein alustaan. Tämä toimenpide suoritetaan juottamalla. Kaapelin on täytettävä seuraavat vaatimukset:
- eristysvastuksen tulee olla korkea;
- näyttö on sijoitettu olohuoneen viereen;
- värinänvaimennus;
- joustavuus.
Kaapelia ei siis saa ravistaa vahvistimen sisääntulossa. Mittauspiiri on muodostettu symmetrisesti, jotta häiriöitä ei tapahdu. Anturissa liitäntä on epäsymmetrinen, johtimien ja kotelon resistanssi on kytketty siten, että saadaan ulkolevyjen eristys. Halutun tuloksen saavuttamiseksi mittari on valmistettava parittomasta määrästä materiaaleja, joita prosessissa käytetään. Elementit painetaan vahvistinta vasten keskiosassa olevien reikien ja koteloon ruuvattujen eristeiden läpi.
Värinämittauslaitteiden ominaisuudet
Mittauslaitteen herkkyyden lisäämiseksi on tarpeen käyttää korkeamoduulisia pietsosähköisiä elementtejä. Tämämateriaali asetetaan rinnakkain peräkkäin ja yhdistetään metallitiivisteillä ja -levyillä. Samanlaisen vaikutuksen saavuttamiseksi voidaan edelleen käyttää taivutukseen vaikuttavia aineita. Ne ovat kuitenkin matalataajuisia ja huonompia kuin pakkausmekaniikka.
Materiaali voi olla bimorfista, se kerätään yleensä sarjaan tai rinnakkain, kaikki riippuu positiivisesti sijaitsevista akseleista. Yleensä nämä ovat kaksi levyä. Jos neutraali kerros huomioidaan, pietsosähköisen elementin sijasta voidaan käyttää keskipaksuista metallista valmistettua päällystettä.
Mittaaksesi tarpeeksi hitaasti liikkuvia signaaleja, toimi seuraavasti:
- pietsosähköinen muunnin sisältyy oskillaattoriin;
- kide on resonanssitaajuudella;
- Heti kun kuormitus tapahtuu, ilmaisimet muuttuvat.
Nykyään pietsokiihtyvyysmittarit ovat kehittyneitä laitteita, jotka voivat olla korkeataajuisia ja erittäin herkkiä.
Vaihtoehtoinen energialähde muuntimien kautta
Yksi kuuluisimmista ja ehtymättömistä sähköntuotantovälineistä on a altoenergia. Tällaiset asemat asennetaan suoraan vesiympäristöön. Tämä ilmiö liittyy auringonsäteisiin, jotka lämmittävät ilmamassan, minkä vuoksi a altoja syntyy. Tämän ilmiön akselilla on energiaintensiteetti, jonka määräävät tuulen voimakkuus, ilmarintamien leveys ja puuskien kesto.
Arvo voi vaihdella matalassa vedessä tai olla 100 kW/metri. Pietsosähköinen a altoenergian muunnin toimii tietyn periaatteen mukaan. Vedenpinta nousee aallon avulla, jolloin ilma puristuu ulos aluksesta. Virtaukset ohjataan sitten suunnanvaihtoturbiinin kautta. Yksikkö pyörii tiettyyn suuntaan a altojen liikkeestä riippumatta.
Tällä laitteella on positiivinen ominaisuus. Toistaiseksi suunnittelun paranemista ei ole ennustettu, koska tehokkuus ja toimintaperiaate on todistettu kaikella olemassa olevalla tavalla. Teknologisen kehityksen myötä voidaan rakentaa kelluvia asemia.
Ultraäänipietsosähköinen muunnin
Tämä laite on suunniteltu siten, että se ei vaadi lisäasetuksia. Se on varustettu muistilohkolla, joka antaa teknisen tuloksen. Viittaa ohjaus- ja mittauslaitteisiin. Tällaiset laitteet eroavat tyypistä, teknisistä ominaisuuksista, jotka on koottu suunnittelu- ja käyttötietojen perusteella minimaalisilla virheillä. Kaikki vaatimukset huomioidaan suunnittelun perusteella.
Kaikille tällaisille laitteille tarjotaan vakiomuotoinen luomissuunnitelma: vianilmaisin, kotelo, elektrodit, alustaan kiinnitettävä pääelementti, ydin, kalvo ja muut materiaalit. Ultraäänipietsosähköinen muunnin on hyödyllisyysmalli. Sen avulla voit vastaanottaa tietoja suoraan laitteen pohjaan asennetun äänen avulla.
Piezo-anturisovellukset
LaitteetSuoravaikutusta käytetään voiman, paineen ja kiihtyvyyden mittaavissa instrumenteissa. Niillä on korkea taajuus ja ankaruus. Takaisinkytkentälaitetta käytetään ultraäänivärähtelyissä, jännityksen muuntamisessa muodonmuutoksissa, tasapainottamisessa. Jos molemmat efektit otetaan huomioon samanaikaisesti, niin tämä vaihtoehto sopii pietsorisonaattoreille, jotka muuttavat yhden energiatyypin melko nopeasti toiseksi.
Positiiviset laitteet, jotka on kytketty vastakkaiseen suuntaan, toimivat automaattisilla värähtelyillä ja niitä käytetään generaattoreissa. Niiden käyttöalue on laaja, koska niillä on korkea vakaus oikein luotuina. Usein käytetään useita pietsoresonaattoreita halutun vaikutuksen saavuttamiseksi ja oikean tiedon saamiseksi.
Muuntimien haitat
Näillä laitteilla on v altava määrä myönteisiä puolia. Niissä on kuitenkin myös negatiivisia ominaisuuksia:
- lähtövastus - maksimi;
- mittauspiirit ja -kaapelit on luotava tiukkojen vaatimusten ja ohjeiden mukaisesti.
Pietsosähköisen muuntimen laskenta johtaa aluksi yhtälökaavan resonanssitaajuudelle: Fp =0,24 ·c·. Levyn paksuus: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energiaominaisuudet lasketaan seuraavasti: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
