Konverter ini termasuk dalam subkelompok generator, mereka didasarkan pada akumulasi muatan listrik secara mekanis. Akibatnya, hubungan berikut dibedakan: Q=d P. Dalam hal ini, d adalah modulus piezoelektrik, dan P adalah gaya. Biasanya, bahannya adalah kuarsa, turmalin, campuran anil, barium, timah. Untuk merancang transduser piezoelektrik, perlu menggunakan pola beban: kompresi, lentur, geser, tarik.
Efek piezoelektrik langsung dan terbalik
Efek langsung dicirikan sebagai berikut: bahan kristal yang digunakan membentuk kisi karena ion bermuatan diatur dalam urutan tertentu. Dalam prosesnya, partikel yang berbeda bergantian dan saling mengimbangi, menghasilkan netralitas listrik. Kristal memiliki fitur yang ditunjukkan sebagai berikut:
- simetri terhadap sumbu;
- mempertimbangkan tampilan sebelumnya, sebuah kisi muncul dengan ion yang bergantian dan mengimbangi.
Jika bahan yang digunakan dalam proses diarahkan ke gaya Fx, maka itudideformasi, jarak antara muatan positif dan negatif berubah, dan arah pada sumbu tertentu dialiri arus listrik. Semua ini dinyatakan dalam rumus q=d11Fx dan sebanding dengan gaya. Koefisien dikaitkan dengan zat dan keadaannya, ia memiliki nama - modul piezoelektrik. Indeks ditentukan oleh kekuatan dan tepi, tetapi jika Anda mengubah arah, efeknya akan berbeda.
Transduser piezoelektrik dalam proses langsung mengalirkan listrik ke kristal di bawah pengaruh gaya eksternal. Efek ini terjadi di bawah pengaruh zat yang bersifat listrik. Untuk membuat alat ukur, Anda membutuhkan kristal kuarsa. Artinya, prinsip operasi transduser piezoelektrik adalah sebagai berikut: dengan efek langsung, tindakan dilakukan melalui mekanik, dan dengan sebaliknya, kristal berubah bentuk.
Efek piezo tambahan
Kristal dapat terpolarisasi ketika pelat dikenai gaya pada sumbu X, Y. Fy – melintang, dengan Fz tidak ada biaya yang muncul. Kristal kuarsa terletak pada tiga sumbu koordinat. Untuk menggunakan transduser piezoelektrik, perlu untuk memotong pelat yang menunjukkan efeknya. Ini memiliki deskripsi berikut:
- kekuatan tinggi;
- tegangan diperbolehkan hingga 108 N/m2, sehingga gaya terukur yang besar dimungkinkan;
- kekakuan dan elastisitas;
- gesekan minimal di dalam;
- stabilitas,yang tidak berubah;
- Faktor kualitas maksimum bahan fabrikasi.
Pelat kuarsa hanya digunakan pada transduser yang mengukur tekanan dan gaya. Mengingat kekerasan material, sulit untuk diproses, sehingga bentuk sederhana dibuat darinya. Modulus konstan pada suhu konstan. Jika meningkat, maka dalam hal ini terjadi penurunan modul. Sifat piezoelektrik menghilang pada 573 derajat Celcius.
Deskripsi perangkat dan sirkuit pengukuran
Transduser tekanan piezoelektrik memiliki struktur berikut:
- membran, yang merupakan bagian bawah casing;
- lapisan luar diarde, dan yang di tengah diisolasi dengan kuarsa;
- pelat memiliki resistansi tinggi, dihubungkan secara paralel;
- foil dan inti bagian dalam kabel diikat ke dalam lubang yang ditutup dengan penutup.
Daya keluaran minimal, dalam hal ini, amplifier dengan resistansi besar disediakan. Pada dasarnya, tegangan tergantung pada kapasitansi dari rangkaian input. Karakteristik transduser menunjukkan sensitivitas dan kapasitansi. Pada dasarnya, ini adalah indikator pengisian daya dan perangkat itu sendiri. Jika dihitung total, maka akan diperoleh daya keluaran sebagai berikut: Sq =q/F atau Uxx=d11 F/Co.
Untuk memperluas rentang frekuensi, perlu untuk meningkatkan variabel rendah terukur menuju rangkaian waktu konstan. Sangat mudah untuk melakukan ini dengan menyalakankapasitor yang terletak paralel dengan perangkat. Dalam hal ini, bagaimanapun, tegangan output akan berkurang. Resistansi yang telah ditingkatkan akan memperluas jangkauan tanpa kehilangan sensitivitas. Tetapi untuk meningkatkannya, diperlukan peningkatan kualitas isolasi dan amplifier dengan input resistansi tinggi.
Deskripsi rangkaian pengukuran
Resistensi spesifik dan permukaan menentukan sendiri, dan komponen utama kuarsa lebih tinggi, sehingga transduser piezoelektrik harus disegel. Hasilnya, kualitas meningkat dan permukaan terlindungi dari kelembaban dan kotoran. Sirkuit pengukuran sensor dibuat sebagai penguat resistansi tinggi, yang didasarkan pada tahap keluaran transistor efek medan dan penguat non-pembalik dengan perangkat operasional. Tegangan disuplai ke input dan output.
Namun, transduser piezoelektrik usang ini memiliki kekurangan:
- ketergantungan tegangan keluaran dan sensitivitas dalam kaitannya dengan volume sensor;
- kapasitas tidak stabil yang berubah karena kondisi suhu.
Tegangan penguat dan sensitivitas ditentukan oleh kesalahan yang diizinkan, jika volume stabil yang disertakan dilengkapi dengan C1. Rumus: ys=(ΔCo + Ck)/(Co+Ck +C1). Setelah transformasi kita mendapatkan: S=Ubx/F. Jika koefisien meningkat, masing-masing, dan variabel-variabel ini meningkat. Rangkaian pengukuran dicirikan oleh:
- garis waktu konstan;
- resistensi R ditentukan oleh penguatan input, isolasi sensor, kabel, dan R3;
- Transistor MOS lebih kuat dari perangkat medan tetapi memiliki tingkat kebisingan yang tinggi;
- R3 menstabilkan tegangan, nilainya dihitung sebagai ~ 1011 Ohm.
Menganalisis variabel terakhir, kita dapat mengasumsikan bahwa garis waktu konstan adalah sebagai berikut: t 1c. Perangkat saat ini dapat menggunakan sensor piezoelektrik dengan penguat tegangan untuk mengisi daya.
Kelebihan Perangkat
Transduser piezoelektrik memiliki keunggulan sebagai berikut:
- perakitan struktur mudah;
- dimensi;
- keandalan;
- konversi tegangan mekanik menjadi muatan listrik;
- variabel yang dapat diukur dengan cepat.
Dalam kasus bahan seperti kuarsa, yang mendekati keadaan ideal tubuh, transformasi mekanika menjadi muatan listrik dimungkinkan dengan kesalahan minimum -4 hingga -6. Namun, perkembangan teknologi presisi tinggi telah meningkatkan kemampuan untuk mewujudkan akurasi lossless. Hasilnya, kami dapat menyimpulkan bahwa transduser piezoelektrik ini paling cocok untuk mengukur gaya, tekanan, dan elemen lainnya.
Percepatan PET memiliki struktur sebagai berikut:
- semua bahan melekat pada dasar titanium;
- dua elemen piezoelektrik dihidupkan secara bersamaandari kuarsa;
- massa inersia densitas tinggi dirancang untuk dimensi minimum;
- penghilangan sinyal dengan kertas kuningan;
- dia, pada gilirannya, terhubung ke kabel yang disolder;
- sensor ditutupi oleh penutup yang disekrup ke alasnya;
- untuk memasang meteran pada objek, potong utasnya.
Meskipun massanya, sensornya cukup stabil dan padat. Beroperasi pada 150 m/s2.
Fitur desain konverter
Jika perlu membuat sensor akselerometer, penting untuk memasang pelat sensor piezo dengan benar ke alasnya. Tindakan ini dilakukan dengan menyolder. Kabel harus memenuhi persyaratan berikut:
- resistensi isolasi harus tinggi;
- layar diletakkan di sebelah ruang tamu;
- anti getar;
- fleksibilitas.
Artinya, kabel tidak boleh terguncang pada input amplifier. Rangkaian pengukur dibuat secara simetris agar tidak terjadi interferensi. Di sensor, koneksi asimetris, resistansi kabel dan kasing terhubung sedemikian rupa sehingga isolasi pelat luar diperoleh. Untuk mencapai hasil yang diinginkan, meteran harus dibuat dari sejumlah ganjil bahan yang digunakan dalam proses. Elemen ditekan ke amplifier melalui lubang di bagian tengah dan melalui isolator yang disekrup ke casing.
Fitur alat pengukur getaran
Untuk meningkatkan sensitivitas alat pengukur, perlu menggunakan elemen piezoelektrik modulus tinggi. Inibahan diletakkan secara paralel dalam satu baris dan dihubungkan dengan gasket dan pelat logam. Untuk efek serupa, zat yang bekerja pada pembengkokan masih dapat digunakan. Namun, frekuensinya rendah dan lebih rendah dari mekanika kompresi.
Material bisa bimorph, biasanya dikumpulkan secara seri atau paralel, semuanya tergantung pada sumbu yang terletak positif. Biasanya, ini adalah dua piring. Jika lapisan netral diperhitungkan, lapisan yang terbuat dari logam dengan ketebalan rata-rata dapat digunakan sebagai pengganti elemen piezoelektrik.
Untuk mengukur sinyal yang bergerak cukup lambat, lakukan hal berikut:
- transduser piezoelektrik termasuk dalam osilator;
- kristal berada pada frekuensi resonansi;
- Begitu beban terjadi, indikator akan berubah.
Saat ini, akselerometer piezo adalah perangkat canggih yang dapat berfrekuensi tinggi, dengan sensitivitas yang kuat.
Sumber energi alternatif melalui konverter
Salah satu cara pembangkit listrik yang terkenal dan tidak ada habisnya adalah energi gelombang. Stasiun semacam itu dipasang langsung di lingkungan perairan. Fenomena ini dikaitkan dengan sinar matahari, yang memanaskan massa udara, yang menyebabkan munculnya gelombang. Poros fenomena ini memiliki intensitas energi yang ditentukan oleh kekuatan angin, lebar muka udara, durasi hembusan.
Nilainya dapat berfluktuasi di perairan dangkal atau mencapai 100 kW per meter. Konverter energi gelombang piezoelektrik bekerja menurut prinsip tertentu. Permukaan air naik melalui gelombang, dalam prosesnya udara diperas keluar dari kapal. Aliran tersebut kemudian dilewatkan oleh turbin pembalik. Unit berputar ke arah tertentu, terlepas dari pergerakan gelombang.
Perangkat ini memiliki karakteristik positif. Hingga saat ini, perbaikan desain tidak dapat diprediksi, karena efisiensi dan prinsip operasi telah terbukti di semua cara yang ada. Dalam proses kemajuan teknologi, stasiun terapung dapat dibangun.
Transduser piezoelektrik ultrasonik
Perangkat ini dirancang sedemikian rupa sehingga tidak memerlukan pengaturan tambahan. Itu dilengkapi dengan blok memori, yang memberikan hasil teknis. Mengacu pada perangkat kontrol dan pengukur. Perangkat tersebut berbeda dalam jenis, karakteristik teknis, yang disusun berdasarkan data desain dan tujuan dengan kesalahan minimal. Semua persyaratan dipertimbangkan berdasarkan desain.
Untuk semua perangkat tersebut, skema pembuatan standar disediakan: detektor cacat, rumahan, elektroda, elemen utama yang diikat ke alas, inti, foil, dan bahan lainnya. Transduser piezoelektrik ultrasonik adalah model utilitas. Ini memungkinkan Anda untuk menerima data secara langsung menggunakan suara yang dipasang di dasar perangkat.
Aplikasi transduser piezo
Perangkat denganefek langsung digunakan dalam instrumen yang mengukur gaya, tekanan, percepatan. Mereka memiliki tingkat frekuensi dan kekerasan yang tinggi. Peralatan dengan umpan balik digunakan dalam getaran ultrasonik, konversi tegangan menjadi deformasi, penyeimbangan. Jika kedua efek diperhitungkan secara bersamaan, maka opsi ini cocok untuk piezoresonator yang mengubah satu jenis energi menjadi energi lain dengan lebih cepat.
Perangkat positif, terhubung ke arah yang berlawanan, beroperasi pada osilasi otomatis dan digunakan dalam generator. Cakupan aplikasinya sangat luas, karena memiliki stabilitas tinggi saat dibuat dengan benar. Seringkali, beberapa resonator piezo digunakan untuk mencapai efek yang diinginkan dan memperoleh informasi yang benar.
Kekurangan konverter
Perangkat ini memiliki banyak aspek positif. Namun, mereka juga memiliki fitur negatif:
- resistensi keluaran - maksimum;
- sirkuit pengukur dan kabel harus dibuat berdasarkan persyaratan dan pedoman yang ketat.
Perhitungan transduser piezoelektrik awalnya menurunkan rumus persamaan untuk frekuensi resonansi: Fp =0,24 ·c·. Tebal pelat: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Karakteristik energi dihitung sebagai berikut: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
