Deze omvormers behoren tot een subgroep van generatoren, ze zijn gebaseerd op mechanisch geaccumuleerde elektrische ladingen. Hierdoor wordt de volgende relatie onderscheiden: Q=d P. In dit geval is d de piëzo-elektrische modulus en is P de kracht. In de regel is het materiaal kwarts, toermalijn, gloeimengsels, barium, lood. Om een piëzo-elektrische transducer te ontwerpen, is het noodzakelijk om belastingspatronen te gebruiken: compressie, buigen, afschuiving, spanning.
Direct en omgekeerd piëzo-elektrisch effect
Het directe effect wordt gekenmerkt door het volgende: het gebruikte kristallijne materiaal vormt een rooster door geladen ionen die in een bepaalde volgorde zijn gerangschikt. In het proces wisselen ongelijke deeltjes elkaar af en compenseren ze elkaar, wat resulteert in elektrische neutraliteit. Kristallen hebben kenmerken die als volgt worden aangegeven:
- symmetrie ten opzichte van de as;
- gezien de vorige weergave verschijnt er een rooster met ionen die elkaar afwisselen en compenseren.
Als het materiaal dat in het proces wordt gebruikt is gericht op de kracht Fx, dan is hetwordt vervormd, de afstand tussen de positieve en negatieve ladingen verandert en de richting in de gegeven as wordt geëlektrificeerd. Dit alles wordt uitgedrukt in de formule q=d11Fx en is evenredig met de kracht. De coëfficiënt is geassocieerd met de stof en zijn toestand, het heeft een naam - de piëzo-elektrische module. Indexen worden bepaald door sterkte en rand, maar als je van richting verandert, zal het effect anders zijn.
De piëzo-elektrische transducer in het directe proces elektriseert de kristallen onder invloed van externe krachten. Dit effect treedt op onder invloed van stoffen die elektriciens zijn. Om meetinstrumenten te maken heb je kwartskristallen nodig. Dat wil zeggen, het werkingsprincipe van de piëzo-elektrische transducer is als volgt: met een direct effect wordt de actie uitgevoerd door middel van mechanica, en omgekeerd worden kristallen vervormd.
Extra piëzo-effecten
Kristal kan worden gepolariseerd wanneer de plaat wordt onderworpen aan krachten op de X-, Y-assen Fy – transversaal, met Fz er ontstaan geen kosten. Het kwartskristal bevindt zich op drie coördinaatassen. Om piëzo-elektrische transducers te gebruiken, is het noodzakelijk om een plaat te snijden die het effect aangeeft. Het heeft de volgende beschrijving:
- hoge sterkte;
- spanning toegestaan tot 108 N/m2, dus grote meetbare krachten zijn mogelijk;
- stijfheid en elasticiteit;
- minimale wrijving binnenin;
- stabiliteit,wat niet verandert;
- Maximale kwaliteitsfactor van het vervaardigde materiaal.
Kwartsplaten worden alleen gebruikt in transducers die druk en kracht meten. Gezien de hardheid van het materiaal is het moeilijk te verwerken, dus er ontstaat een simpele vorm van. De modulus is constant bij een constante temperatuur. Als het toeneemt, is er in dit geval een afname in de module. De piëzo-elektrische eigenschappen verdwijnen bij 573 graden Celsius.
Beschrijving van het apparaat en meetcircuits
Piezo-elektrische druktransducer heeft de volgende structuur:
- membraan, wat de onderkant van de behuizing is;
- de buitenste voering is geaard en de middelste is geïsoleerd met kwarts;
- platen hebben een hoge weerstand, parallel geschakeld;
- de folie en de binnenkern van de kabel zijn vastgemaakt in een gat afgesloten door een deksel.
Het uitgangsvermogen is minimaal, in dit opzicht wordt een versterker met een grote weerstand geleverd. In wezen hangt de spanning af van de capaciteit van het ingangscircuit. De kenmerken van de transducer geven gevoeligheid en capaciteit aan. Kortom, dit is de lading en de eigen indicatoren van het apparaat. Als het totaal wordt berekend, wordt het volgende uitgangsvermogen verkregen: Sq =q/F of Uxx=d11 F/Co.
Om het frequentiebereik uit te breiden, is het noodzakelijk om de gemeten lage variabelen te verhogen naar een constant tijdcircuit. Het is gemakkelijk om dit te doen door aan te zettencondensatoren die zich parallel aan het apparaat bevinden. In dit geval zal de uitgangsspanning echter afnemen. De verhoogde weerstand vergroot het bereik zonder verlies van gevoeligheid. Maar om het te vergroten, zijn verbeterde isolatiekwaliteiten en versterkers met een ingang met hoge weerstand nodig.
Beschrijving van meetcircuits
Specifieke weerstand en oppervlakteweerstand bepalen hun eigen, en het hoofdbestanddeel voor kwarts is hoger, dus de piëzo-elektrische transducer moet worden afgedicht. Hierdoor wordt de kwaliteit verbeterd en wordt het oppervlak beschermd tegen vocht en vuil. Sensormeetcircuits zijn gemaakt als versterkers met hoge weerstand, die waren gebaseerd op een veldeffecttransistoruitgangstrap en een niet-inverterende versterker met een operationeel apparaat. Er wordt spanning geleverd aan de ingang en uitgang.
Deze verouderde piëzo-elektrische transducer had echter gebreken:
- afhankelijkheid van uitgangsspanning en gevoeligheid in relatie tot sensorvolume;
- onstabiele capaciteit die verandert als gevolg van temperatuuromstandigheden.
De spanning van de versterker en de gevoeligheid worden bepaald door de toelaatbare fout, als het meegeleverde stabiele volume wordt aangevuld met C1. Formule: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Na transformatie krijgen we: S=Ubx/F. Als de coëfficiënt respectievelijk toeneemt en deze variabelen toenemen. Het meetcircuit wordt gekenmerkt door:
- constante tijdlijn;
- weerstand R wordt bepaald door ingangsversterking, isolatie van sensoren, kabels en R3;
- MOS-transistoren zijn sterker dan veldapparatuur, maar hebben een hoog ruisniveau;
- R3 stabiliseert de spanning, de waarde ervan wordt berekend als ~ 1011 Ohm.
Als we de laatste variabele analyseren, kunnen we aannemen dat de constante tijdlijn als volgt is: t ≦ 1c. Apparaten kunnen tegenwoordig piëzo-elektrische sensoren met spanningsversterkers gebruiken om op te laden.
Apparaatvoordelen
De piëzo-elektrische transducer heeft de volgende voordelen:
- eenvoudige structurele montage;
- dimensies;
- betrouwbaarheid;
- conversie van mechanische spanning in elektrische lading;
- variabelen die snel kunnen worden gemeten.
In het geval van een materiaal als kwarts, dat dicht bij de ideale toestand van het lichaam ligt, is de transformatie van mechanica in een elektrische lading mogelijk met een minimale fout van -4 tot -6. De ontwikkeling van hoge-precisietechnologie heeft echter het vermogen om verliesvrije nauwkeurigheid te realiseren verbeterd. Als resultaat kunnen we concluderen dat deze piëzo-elektrische transducers het meest geschikt zijn voor het meten van krachten, druk en andere elementen.
PET-versnelling heeft de volgende structuur:
- alle materialen zijn bevestigd aan de titanium basis;
- twee gelijktijdig ingeschakelde piëzo-elektrische elementenvan kwarts;
- traagheidsmassa met hoge dichtheid ontworpen voor minimale afmetingen;
- signaalverwijdering met messingfolie;
- zij is op haar beurt verbonden met een kabel die is gesoldeerd;
- sensor bedekt met een dop die in de basis is geschroefd;
- om de meter op het object te bevestigen, knipt u de draad af.
Ondanks de massa is de sensor vrij stabiel en compact. Werkt op 150 m/s2.
Ontwerpkenmerken van converters
Als het nodig is om een versnellingsmetersensor te fabriceren, is het belangrijk om de piëzo-gevoelige platen correct aan de basis te bevestigen. Deze actie wordt uitgevoerd door te solderen. De kabel moet aan de volgende eisen voldoen:
- isolatieweerstand moet hoog zijn;
- het scherm wordt naast de woonkamer geplaatst;
- anti-vibratie;
- flexibiliteit.
Dat wil zeggen, de kabel mag niet worden geschud aan de ingang van de versterker. Het meetcircuit is symmetrisch opgebouwd zodat er geen interferentie optreedt. In de sensor is de aansluiting asymmetrisch, de weerstand van de leidingen en de behuizing is zo aangesloten dat de isolatie van de buitenplaten wordt verkregen. Om het gewenste resultaat te bereiken, moet de meter gemaakt zijn van een oneven aantal materialen die in het proces worden gebruikt. De elementen worden tegen de versterker gedrukt door gaten in het centrale deel en door isolatoren die aan de behuizing zijn geschroefd.
Kenmerken van trillingsmeetapparatuur
Om de gevoeligheid van het meetapparaat te vergroten, is het noodzakelijk om piëzo-elektrische elementen met een hoge modulus te gebruiken. Dezehet materiaal wordt parallel op een rij gelegd en verbonden met metalen pakkingen en platen. Voor een soortgelijk effect kunnen nog steeds stoffen worden gebruikt die op het buigen werken. Ze zijn echter laagfrequent en inferieur aan compressiemechanica.
Materiaal kan bimorf zijn, het wordt meestal in serie of parallel verzameld, het hangt allemaal af van de positief geplaatste assen. In de regel zijn dit twee platen. Als rekening wordt gehouden met de neutrale laag, kan een overlay van metaal met een gemiddelde dikte worden gebruikt in plaats van een piëzo-elektrisch element.
Als u signalen wilt meten die langzaam genoeg bewegen, doet u het volgende:
- piëzo-elektrische transducer inbegrepen in de oscillator;
- kristal heeft een resonantiefrequentie;
- zodra de belasting plaatsvindt, veranderen de indicatoren.
Tegenwoordig zijn piëzo-versnellingsmeters geavanceerde apparaten die een hoge frequentie kunnen hebben, met een sterke gevoeligheid.
Alternatieve energiebron via omvormers
Een van de beroemde en onuitputtelijke manieren om elektriciteit op te wekken is golfenergie. Dergelijke stations worden direct in het watermilieu gemonteerd. Dit fenomeen wordt geassocieerd met zonnestralen, die de luchtmassa opwarmen, waardoor golven ontstaan. De schacht van dit fenomeen heeft een energie-intensiteit, die wordt bepaald door de kracht van de wind, de breedte van de luchtfronten, de duur van de windstoten.
De waarde kan fluctueren in ondiep water of 100 kW per meter bereiken. De piëzo-elektrische golfenergie-omzetter werkt volgens een bepaald principe. Door middel van een golf stijgt het waterpeil, daarbij wordt de lucht uit het vat geperst. De stromen worden vervolgens door een omkerende turbine geleid. Het apparaat draait in een bepaalde richting, ongeacht de beweging van de golven.
Dit apparaat heeft een positieve eigenschap. Tot op heden is de verbetering van het ontwerp niet voorspeld, omdat de efficiëntie en het werkingsprincipe op alle bestaande manieren zijn bewezen. In het proces van technologische vooruitgang kunnen drijvende stations worden gebouwd.
Ultrasone piëzo-elektrische transducer
Dit apparaat is zo ontworpen dat er geen extra instellingen voor nodig zijn. Het is uitgerust met een geheugenblok, wat het technische resultaat geeft. Verwijst naar controle- en meetapparatuur. Dergelijke apparaten verschillen in type, technische kenmerken, die zijn samengesteld op basis van ontwerp- en doelgegevens met minimale fouten. Alle vereisten worden overwogen op basis van ontwerp.
Voor al dergelijke apparaten is een standaard creatieschema voorzien: een foutdetector, een behuizing, elektroden, het hoofdelement dat aan de basis is bevestigd, een kern, folie en andere materialen. Een ultrasone piëzo-elektrische transducer is een gebruiksmodel. Hiermee kunt u rechtstreeks gegevens ontvangen met behulp van het geluid dat op de basis van het apparaat is geïnstalleerd.
Piëzo-transducertoepassingen
Apparaten metdirect effect worden gebruikt in instrumenten die kracht, druk, versnelling meten. Ze hebben een hoge frequentie en hardheid. Apparaten met feedback worden gebruikt bij ultrasone trillingen, het omzetten van spanning in vervorming, balanceren. Als beide effecten tegelijkertijd in aanmerking worden genomen, is deze optie geschikt voor piëzoresonatoren die vrij snel de ene soort energie in de andere omzetten.
Positieve apparaten, die in de tegenovergestelde richting zijn aangesloten, werken op automatische oscillaties en worden gebruikt in generatoren. De reikwijdte van hun toepassing is uitgebreid, omdat ze een hoge stabiliteit hebben als ze op de juiste manier worden gemaakt. Vaak worden meerdere piëzo-resonatoren gebruikt om het gewenste effect te bereiken en de juiste informatie te verkrijgen.
Nadelen van converters
Deze apparaten hebben een groot aantal positieve aspecten. Ze hebben echter ook negatieve eigenschappen:
- uitgangsweerstand - maximum;
- meetcircuits en kabels moeten worden gemaakt op basis van strikte eisen en richtlijnen.
Berekening van de piëzo-elektrische transducer leidt in eerste instantie de formule voor de resonantiefrequentie af: Fp =0,24 ·c·. Plaatdikte: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Energiekenmerken worden als volgt berekend: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
