ממירים אלו שייכים לתת-קבוצה של גנרטורים, הם מבוססים על מטענים חשמליים שנצברו מכנית. כתוצאה מכך, היחס הבא מובחן: Q=d P. במקרה זה, d הוא המודול הפיזואלקטרי, ו-P הוא הכוח. ככלל, החומר הוא קוורץ, טורמלין, תערובות חישול, בריום, עופרת. כדי לתכנן מתמר פיזואלקטרי, יש צורך להשתמש בדפוסי עומס: דחיסה, כיפוף, גזירה, מתח.
אפקט פיזואלקטרי ישיר והפוך
ההשפעה הישירה מאופיינת בדברים הבאים: החומר הגבישי המשמש יוצר סריג עקב יונים טעונים המסודרים בסדר מסוים. בתהליך, חלקיקים לא דומים מתחלפים ומפצים הדדית, וכתוצאה מכך נייטרליות חשמלית. לגבישים יש תכונות המסומנות כדלקמן:
- סימטריה ביחס לציר;
- בהתחשב בתצוגה הקודמת, מופיע סריג עם יונים שמתחלפים ומפצים.
אם החומר המשמש בתהליך מופנה לכוח Fx, אז זהמעוות, המרחק בין המטען החיובי לשלילי משתנה, והכיוון בציר הנתון מחושמל. כל זה בא לידי ביטוי בנוסחה q=d11Fx והוא פרופורציונלי לכוח. המקדם קשור לחומר ולמצבו, יש לו שם - מודול פיזואלקטרי. האינדקסים נקבעים לפי חוזק וקצה, אבל אם תשנה כיוון, האפקט יהיה שונה.
המתמר הפיאזואלקטרי בתהליך הישיר מחשמל את הגבישים בהשפעת כוחות חיצוניים. השפעה זו מתרחשת בהשפעת חומרים שהם חשמלאים. כדי ליצור מכשירי מדידה, תצטרך גבישי קוורץ. כלומר, עקרון הפעולה של המתמר הפיאזואלקטרי הוא כדלקמן: עם השפעה ישירה, הפעולה מתבצעת באמצעות מכניקה, ועם היפוך, גבישים מעוותים.
אפקטי פיזו נוספים
ניתן לקטב גביש כאשר הלוח נתון לכוחות על צירי X, Y. Fy – רוחבי, עם Fz אין חיובים. גביש הקוורץ ממוקם על שלושה צירי קואורדינטות. על מנת להשתמש במתמרים פיזואלקטריים, יש צורך לחתוך פלטה המעידה על האפקט. יש לו את התיאור הבא:
- חוזק גבוה;
- מתח מותר עד 108 N/m2, ולכן אפשריים כוחות גדולים למדידה;
- נוקשות ואלסטיות;
- חיכוך מינימלי בפנים;
- יציבות,שאינו משתנה;
- גורם האיכות המקסימלי של החומר המיוצר.
לוחות קוורץ משמשים רק במתמרים המודדים לחץ וכוח. לאור קשיות החומר, קשה לעבד אותו ולכן נוצרת ממנו צורה פשוטה. המודולוס קבוע בטמפרטורה קבועה. אם זה עולה, אז במקרה זה יש ירידה במודול. המאפיינים הפיאזואלקטריים נעלמים ב-573 מעלות צלזיוס.
תיאור המכשיר ומעגלי המדידה
מתמר לחץ פיזואלקטרי בעל המבנה הבא:
- ממברנה, שהיא החלק התחתון של המארז;
- הבטנה החיצונית מקורקעת, והאמצעית מבודדת בקוורץ;
- לצלחות יש התנגדות גבוהה, מחוברות במקביל;
- נייר הכסף והליבה הפנימית של הכבל מהודקים בחור שנסגר במכסה.
הספק המוצא מינימלי, בהקשר זה מסופק מגבר עם התנגדות גדולה. בעיקרו של דבר, המתח תלוי בקיבול של מעגל הקלט. המאפיינים של המתמר מצביעים על רגישות וקיבול. בעיקרון, זהו הטעינה והמחוונים של המכשיר עצמו. אם מחושב בסך הכל, יתקבל הספק המוצא הבא: Sq =q/F או Uxx=d11 F/Co.
כדי להרחיב את טווח התדרים, יש צורך להגדיל את המשתנים הנמוכים הנמדדים לקראת מעגל זמן קבוע. קל לעשות זאת על ידי הפעלהקבלים הממוקמים במקביל למכשיר. אולם במקרה זה, מתח המוצא יקטן. ההתנגדות שהוגדלה תרחיב את הטווח ללא אובדן רגישות. אבל כדי להגדיל אותו, יש צורך באיכויות בידוד משופרות ומגברים עם כניסת התנגדות גבוהה.
תיאור מעגלי המדידה
ההתנגדות הספציפית והמשטחית קובעות את שלהם, והרכיב העיקרי עבור קוורץ גבוה יותר, לכן יש לאטום את המתמר הפיאזואלקטרי. כתוצאה מכך, האיכות משתפרת והמשטח מוגן מלחות ולכלוך. מעגלי מדידת חיישנים נוצרו כמגברים בעלי התנגדות גבוהה, אשר התבססו על שלב פלט טרנזיסטור בעל אפקט שדה ומגבר שאינו מתהפך עם התקן תפעולי. מתח מסופק לכניסה וליציאה.
עם זאת, למתמר הפיאזואלקטרי המיושן הזה היו פגמים:
- תלות של מתח מוצא ורגישות ביחס לנפח החיישן;
- קיבולת לא יציבה שמשתנה עקב תנאי הטמפרטורה.
מתח המגבר והרגישות נקבעים לפי השגיאה המותרת, אם הווליום היציב הכלול מתווסף עם C1. נוסחה: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). לאחר השינוי נקבל: S=Ubx/F. אם המקדם גדל, בהתאמה, ומשתנים אלו גדלים. מעגל המדידה מאופיין ב:
- ציר זמן קבוע;
- ההתנגדות R נקבעת על ידי רווח קלט, בידוד של חיישנים, כבלים ו-R3;
- טרנזיסטורים MOS חזקים יותר ממכשירי שטח אך יש להם רמת רעש גבוהה;
- R3 מייצב את המתח, ערכו מחושב כ-~ 1011 Ohm.
לנתח את המשתנה האחרון, אנו יכולים להניח שקו הזמן הקבוע הוא כדלקמן: t ≦ 1c. מכשירים כיום יכולים להשתמש בחיישנים פיזואלקטריים עם מגברי מתח לטעינה.
יתרונות המכשיר
למתמר הפיאזואלקטרי יש את היתרונות הבאים:
- הרכבה מבנית קלה;
- dimensions;
- reliability;
- המרה של מתח מכני למטען חשמלי;
- משתנים שניתן למדוד במהירות.
במקרה של חומר כמו קוורץ, שקרוב למצב האידיאלי של הגוף, הפיכת המכניקה למטען חשמלי אפשרית בשגיאה מינימלית של -4 עד -6. עם זאת, הפיתוח של טכנולוגיה בעלת דיוק גבוה שיפר את היכולת לממש דיוק נטול אובדן. כתוצאה מכך, אנו יכולים להסיק שמתמרים פיזואלקטריים אלו הם המתאימים ביותר למדידת כוחות, לחץ ואלמנטים אחרים.
להאצת
PET יש את המבנה הבא:
- כל החומרים מחוברים לבסיס הטיטניום;
- two הופעלו בו-זמנית אלמנטים פיזואלקטרייםמקוורץ;
- מסה אינרציאלית בצפיפות גבוהה המיועדת למידות מינימליות;
- הסרת אות עם רדיד פליז;
- היא, בתורה, מחוברת לכבל שמולחם;
- חיישן מכוסה בפקק שהוברג לתוך הבסיס;
- כדי לתקן את המד על החפץ, חתוך את החוט.
למרות המסה, החיישן די יציב וצפוף. פועל במהירות של 150 מטר לשנייה2.
תכונות עיצוב של ממירים
אם יש צורך לייצר חיישן מד תאוצה, חשוב לחבר נכון את לוחות החישה לפיזו לבסיס. פעולה זו מתבצעת על ידי הלחמה. הכבל חייב לעמוד בדרישות הבאות:
- התנגדות הבידוד צריכה להיות גבוהה;
- המסך ממוקם ליד הסלון;
- אנטי רטט;
- גמישות.
כלומר, אין לנער את הכבל בכניסה של המגבר. מעגל המדידה נוצר באופן סימטרי כך שלא תתרחש הפרעה. בחיישן החיבור א-סימטרי, ההתנגדות של הלידים והמארז מחוברת באופן שמתקבל בידוד הפלטות החיצוניות. כדי להגיע לתוצאה הרצויה, המונה נדרש להיות עשוי ממספר אי-זוגי של חומרים המשמשים בתהליך. האלמנטים נלחצים אל המגבר דרך חורים בחלק המרכזי ודרך מבודדים שמוברגים למארז.
תכונות של התקני מדידת רעידות
כדי להגביר את הרגישות של מכשיר המדידה, יש צורך להשתמש באלמנטים פיזואלקטריים עם מודול גבוה. זֶההחומר מונח במקביל בשורה ומחובר עם אטמי מתכת וצלחות. עבור אפקט דומה, עדיין ניתן להשתמש בחומרים שעובדים על כיפוף. עם זאת, הם בתדירות נמוכה ונחותים ממכניקת הדחיסה.
חומר יכול להיות בימורפי, הוא נאסף בדרך כלל בסדרה או במקביל, הכל תלוי בצירים הממוקמים באופן חיובי. ככלל, מדובר בשתי צלחות. אם לוקחים בחשבון את השכבה הנייטרלית, ניתן להשתמש בשכבה עשויה מתכת בעובי ממוצע במקום אלמנט פיזואלקטרי.
כדי למדוד אותות שנעים לאט מספיק, בצע את הפעולות הבאות:
- מתמר פיאזואלקטרי כלול במתנד;
- קריסטל בתדר תהודה;
- ברגע שהעומס מתרחש, המחוונים ישתנו.
היום, מדי תאוצה piezo הם מכשירים מתקדמים שיכולים להיות בתדר גבוה, עם רגישות חזקה.
מקור אנרגיה חלופי באמצעות ממירים
אחד האמצעים המפורסמים והבלתי נדלים לייצור חשמל הוא אנרגיית גלים. תחנות כאלה מותקנות ישירות בסביבה המימית. תופעה זו קשורה לקרני השמש המחממות את מסת האוויר, שבגללן עולים גלים. לפיר של תופעה זו יש עוצמת אנרגיה, אשר נקבעת לפי עוצמת הרוח, רוחב חזיתות האוויר, משך המשבים.
הערך עשוי להשתנות במים רדודים או להגיע ל-100 קילוואט למטר.ממיר אנרגיית הגל הפיאזואלקטרי פועל על פי עיקרון מסוים. מפלס המים עולה באמצעות גל, תוך כדי כך האוויר נסחט החוצה מהכלי. לאחר מכן מעבירים את הזרימות על ידי טורבינת היפוך. היחידה מסתובבת בכיוון מסוים, ללא קשר לתנועת הגלים.
למכשיר הזה יש מאפיין חיובי. עד היום לא צפוי שיפור העיצוב, כי היעילות ועקרון הפעולה הוכחו בכל הדרכים הקיימות. בתהליך ההתקדמות הטכנולוגית עשויות להיבנות תחנות צפות.
מתמר פיזואלקטרי קולי
מכשיר זה תוכנן בצורה כזו שאינו דורש הגדרות נוספות. הוא מצויד בבלוק זיכרון, שנותן את התוצאה הטכנית. הכוונה למכשירי בקרה ומדידה. מכשירים כאלה שונים בסוג, במאפיינים טכניים, אשר מורכבים על בסיס נתוני עיצוב ותכלית עם שגיאות מינימליות. כל הדרישות נחשבות על סמך עיצוב.
עבור כל המכשירים הללו, מסופקת סכימת יצירה סטנדרטית: גלאי פגמים, בית, אלקטרודות, האלמנט העיקרי שמהודק לבסיס, ליבה, נייר כסף וחומרים אחרים. מתמר פיזואלקטרי קולי הוא דגם שימושי. זה מאפשר לך לקבל נתונים ישירות באמצעות הסאונד המותקן בבסיס המכשיר.
יישומי מתמר Piezo
מכשירים עםהשפעה ישירה משמשת במכשירים המודדים כוח, לחץ, תאוצה. יש להם רמה גבוהה של תדירות וקשיחות. מכשיר עם משוב משמש ברעידות קוליות, המרה של מתח לדפורמציה, איזון. אם שתי ההשפעות נלקחות בחשבון בו-זמנית, אז אפשרות זו מתאימה ל-piezoresonators הממירים סוג אחד של אנרגיה לאחר די מהר.
מכשירים חיוביים, המחוברים בכיוון ההפוך, פועלים על תנודות אוטומטיות ומשמשים בגנרטורים. היקף היישום שלהם הוא נרחב, שכן יש להם יציבות גבוהה כשהם נוצרים כהלכה. לעתים קרובות, נעשה שימוש בכמה מהודים פיזו כדי להשיג את האפקט הרצוי ולקבל את המידע הנכון.
חסרונות של ממירים
למכשירים האלה יש מספר עצום של היבטים חיוביים. עם זאת, יש להם גם תכונות שליליות:
- התנגדות פלט - מקסימום;
- יש ליצור מעגלי מדידה וכבלים בהתבסס על דרישות והנחיות קפדניות.
חישוב של המתמר הפיאזואלקטרי גוזר תחילה את נוסחת המשוואה עבור תדר התהודה: Fp =0.24 ·c·. עובי צלחת: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. מאפייני האנרגיה מחושבים באופן הבא: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
