Αυτοί οι μετατροπείς ανήκουν σε μια υποομάδα γεννητριών, βασίζονται σε μηχανικά συσσωρευμένα ηλεκτρικά φορτία. Ως αποτέλεσμα, διακρίνεται η ακόλουθη σχέση: Q=d P. Στην περίπτωση αυτή, d είναι το πιεζοηλεκτρικό μέτρο και P είναι η δύναμη. Κατά κανόνα, το υλικό είναι χαλαζίας, τουρμαλίνη, μείγματα ανόπτησης, βάριο, μόλυβδος. Για να σχεδιάσετε έναν πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μοτίβα φορτίου: συμπίεση, κάμψη, διάτμηση, τάση.
Άμεσο και αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο
Το άμεσο αποτέλεσμα χαρακτηρίζεται από το εξής: το κρυσταλλικό υλικό που χρησιμοποιείται σχηματίζει ένα πλέγμα λόγω φορτισμένων ιόντων που είναι διατεταγμένα με μια συγκεκριμένη σειρά. Στη διαδικασία, ανόμοια σωματίδια εναλλάσσονται και αλληλοαντισταθμίζονται, με αποτέλεσμα την ηλεκτρική ουδετερότητα. Οι κρύσταλλοι έχουν χαρακτηριστικά που υποδεικνύονται ως εξής:
- συμμετρία ως προς τον άξονα;
- λαμβάνοντας υπόψη την προηγούμενη προβολή, εμφανίζεται ένα πλέγμα με ιόντα που εναλλάσσονται και αντισταθμίζονται.
Αν το υλικό που χρησιμοποιείται στη διαδικασία κατευθύνεται στη δύναμη Fx, τότεπαραμορφώνεται, η απόσταση μεταξύ των θετικών και αρνητικών φορτίων αλλάζει και η κατεύθυνση στον δεδομένο άξονα ηλεκτρίζεται. Όλα αυτά εκφράζονται στον τύπο q=d11Fx και είναι ανάλογα με τη δύναμη. Ο συντελεστής σχετίζεται με την ουσία και την κατάστασή της, έχει ένα όνομα - την πιεζοηλεκτρική μονάδα. Οι δείκτες καθορίζονται από τη δύναμη και την άκρη, αλλά αν αλλάξετε κατεύθυνση, το αποτέλεσμα θα είναι διαφορετικό.
Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας στην άμεση διαδικασία ηλεκτρίζει τους κρυστάλλους υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Αυτό το φαινόμενο συμβαίνει υπό την επίδραση ουσιών που είναι ηλεκτρολόγοι. Για να φτιάξετε όργανα μέτρησης, θα χρειαστείτε κρυστάλλους χαλαζία. Δηλαδή, η αρχή λειτουργίας του πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα είναι η εξής: με άμεση επίδραση, η δράση πραγματοποιείται μέσω μηχανικής και με το αντίστροφο, οι κρύσταλλοι παραμορφώνονται.
Πρόσθετα πιεζοσκοπικά εφέ
Ο κρύσταλλος μπορεί να πολωθεί όταν η πλάκα υποβάλλεται σε δυνάμεις στους άξονες X, Y. Fy – εγκάρσια, με Fz δεν προκύπτουν χρεώσεις. Ο κρύσταλλος χαλαζία βρίσκεται σε τρεις άξονες συντεταγμένων. Για να χρησιμοποιήσετε πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς, είναι απαραίτητο να κόψετε μια πλάκα που να δείχνει το αποτέλεσμα. Έχει την ακόλουθη περιγραφή:
- υψηλή αντοχή;
- επιτρεπόμενη τάση έως 108 N/m2, επομένως είναι δυνατές μεγάλες μετρήσιμες δυνάμεις;
- ακαμψία και ελαστικότητα;
- ελάχιστη τριβή στο εσωτερικό;
- σταθερότητα,που δεν αλλάζει;
- Μέγιστος συντελεστής ποιότητας του κατασκευασμένου υλικού.
Οι πλάκες χαλαζία χρησιμοποιούνται μόνο σε μορφοτροπείς που μετρούν την πίεση και τη δύναμη. Δεδομένης της σκληρότητας του υλικού, είναι δύσκολο να επεξεργαστεί, οπότε δημιουργείται ένα απλό σχήμα από αυτό. Ο συντελεστής είναι σταθερός σε σταθερή θερμοκρασία. Εάν αυξηθεί, τότε σε αυτήν την περίπτωση υπάρχει μείωση στη μονάδα. Οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες εξαφανίζονται στους 573 βαθμούς Κελσίου.
Περιγραφή της συσκευής και των κυκλωμάτων μέτρησης
Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας πίεσης έχει την ακόλουθη δομή:
- μεμβράνη, που είναι το κάτω μέρος της θήκης;
- η εξωτερική επένδυση είναι γειωμένη και η μεσαία είναι μονωμένη με χαλαζία;
- πλάκες έχουν υψηλή αντίσταση, συνδέονται παράλληλα;
- το φύλλο και ο εσωτερικός πυρήνας του καλωδίου στερεώνονται σε μια τρύπα που κλείνει με ένα καπάκι.
Η ισχύς εξόδου είναι ελάχιστη, από αυτή την άποψη, παρέχεται ένας ενισχυτής με μεγάλη αντίσταση. Ουσιαστικά, η τάση εξαρτάται από την χωρητικότητα του κυκλώματος εισόδου. Τα χαρακτηριστικά του μορφοτροπέα δείχνουν ευαισθησία και χωρητικότητα. Βασικά, αυτή είναι η φόρτιση και οι δείκτες της ίδιας της συσκευής. Αν υπολογιστεί συνολικά, τότε θα ληφθεί η ακόλουθη ισχύς εξόδου: Sq =q/F ή Uxx=d11 F/Co.
Για να επεκτείνετε το εύρος συχνοτήτων, είναι απαραίτητο να αυξήσετε τις μετρούμενες χαμηλές μεταβλητές προς ένα σταθερό κύκλωμα χρόνου. Είναι εύκολο να το κάνετε αυτό ενεργοποιώνταςπυκνωτές που βρίσκονται παράλληλα με τη συσκευή. Σε αυτή την περίπτωση, ωστόσο, η τάση εξόδου θα μειωθεί. Η αντίσταση που έχει αυξηθεί θα διευρύνει το εύρος χωρίς απώλεια ευαισθησίας. Αλλά για να το αυξήσετε, χρειάζονται βελτιωμένες ιδιότητες απομόνωσης και ενισχυτές με είσοδο υψηλής αντίστασης.
Περιγραφή κυκλωμάτων μέτρησης
Η ειδική και η επιφανειακή αντίσταση καθορίζουν τη δική τους, και το κύριο συστατικό για τον χαλαζία είναι υψηλότερο, επομένως ο πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας πρέπει να σφραγιστεί. Ως αποτέλεσμα, βελτιώνεται η ποιότητα και η επιφάνεια προστατεύεται από την υγρασία και τη βρωμιά. Τα κυκλώματα μέτρησης αισθητήρων δημιουργήθηκαν ως ενισχυτές υψηλής αντίστασης, οι οποίοι βασίστηκαν σε μια βαθμίδα εξόδου τρανζίστορ με εφέ πεδίου και σε έναν ενισχυτή χωρίς αναστροφή με λειτουργική συσκευή. Η τάση παρέχεται στην είσοδο και στην έξοδο.
Ωστόσο, αυτός ο ξεπερασμένος πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας είχε ελαττώματα:
- εξάρτηση της τάσης εξόδου και της ευαισθησίας σε σχέση με τον όγκο του αισθητήρα;
- ασταθής χωρητικότητα που αλλάζει λόγω των συνθηκών θερμοκρασίας.
Η τάση του ενισχυτή και η ευαισθησία καθορίζονται από το επιτρεπτό σφάλμα, εάν ο συμπεριλαμβανόμενος σταθερός όγκος συμπληρωθεί με C1. Τύπος: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Μετά τον μετασχηματισμό παίρνουμε: S=Ubx/F. Αν ο συντελεστής αυξηθεί, αντίστοιχα, και αυτές οι μεταβλητές αυξηθούν. Το κύκλωμα μέτρησης χαρακτηρίζεται από:
- σταθερό χρονοδιάγραμμα;
- αντίσταση R καθορίζεται από το κέρδος εισόδου, την απομόνωση αισθητήρων, καλωδίων και R3;
- Τα τρανζίστορ MOS είναι ισχυρότερα από τις συσκευές πεδίου, αλλά έχουν υψηλό επίπεδο θορύβου.
- R3 σταθεροποιεί την τάση, η τιμή της υπολογίζεται ως ~ 1011 Ω.
Η
Αναλύοντας την τελευταία μεταβλητή, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η σταθερή γραμμή χρόνου είναι η εξής: t ≦ 1c. Οι συσκευές σήμερα μπορούν να χρησιμοποιούν πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες με ενισχυτές τάσης για φόρτιση.
Πλεονεκτήματα συσκευής
Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- εύκολη δομική συναρμολόγηση;
- διαστάσεις;
- αξιοπιστία;
- μετατροπή μηχανικής τάσης σε ηλεκτρικό φορτίο;
- μεταβλητές που μπορούν να μετρηθούν γρήγορα.
Στην περίπτωση ενός υλικού όπως ο χαλαζίας, το οποίο είναι κοντά στην ιδανική κατάσταση του σώματος, η μετατροπή της μηχανικής σε ηλεκτρικό φορτίο είναι δυνατή με ελάχιστο σφάλμα από -4 έως -6. Ωστόσο, η ανάπτυξη τεχνολογίας υψηλής ακρίβειας έχει βελτιώσει την ικανότητα πραγματοποίησης ακρίβειας χωρίς απώλειες. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτοί οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς είναι οι πλέον κατάλληλοι για τη μέτρηση δυνάμεων, πίεσης και άλλων στοιχείων.
Η επιτάχυνση PET έχει την ακόλουθη δομή:
- όλα τα υλικά είναι προσαρτημένα στη βάση τιτανίου.
- δύο ταυτόχρονα ενεργοποιημένα πιεζοηλεκτρικά στοιχείααπό χαλαζία;
- αδρανειακή μάζα υψηλής πυκνότητας σχεδιασμένη για ελάχιστες διαστάσεις;
- αφαίρεση σήματος με φύλλο ορείχαλκου;
- αυτή, με τη σειρά της, είναι συνδεδεμένη σε ένα καλώδιο που είναι κολλημένο;
- αισθητήρας που καλύπτεται από ένα καπάκι βιδωμένο στη βάση;
- για να στερεώσετε το μετρητή στο αντικείμενο, κόψτε το νήμα.
Παρά τη μάζα, ο αισθητήρας είναι αρκετά σταθερός και πυκνός. Λειτουργεί στα 150 m/s2.
Σχεδιαστικά χαρακτηριστικά μετατροπέων
Εάν είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένας αισθητήρας επιταχυνσιόμετρου, είναι σημαντικό να στερεώσετε σωστά τις πιεζοαισθητήρες πλάκες στη βάση. Αυτή η ενέργεια πραγματοποιείται με συγκόλληση. Το καλώδιο πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:
- αντίσταση μόνωσης πρέπει να είναι υψηλή;
- η οθόνη τοποθετείται δίπλα στο σαλόνι;
- αντι κραδασμοί;
- ευελιξία.
Δηλαδή, το καλώδιο δεν πρέπει να κουνιέται στην είσοδο του ενισχυτή. Το κύκλωμα μέτρησης δημιουργείται συμμετρικά ώστε να μην υπάρχουν παρεμβολές. Στον αισθητήρα, η σύνδεση είναι ασύμμετρη, η αντίσταση των καλωδίων και η θήκη συνδέεται με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η μόνωση των εξωτερικών πλακών. Για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα, ο μετρητής απαιτείται να είναι κατασκευασμένος από περιττό αριθμό υλικών που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία. Τα στοιχεία πιέζονται στον ενισχυτή μέσω οπών στο κεντρικό τμήμα και μέσω μονωτών που βιδώνονται στο περίβλημα.
Δυνατότητες συσκευών μέτρησης κραδασμών
Για να αυξηθεί η ευαισθησία της συσκευής μέτρησης, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν πιεζοηλεκτρικά στοιχεία υψηλού συντελεστή. Αυτότο υλικό τοποθετείται παράλληλα σε μια σειρά και συνδέεται με μεταλλικά παρεμβύσματα και πλάκες. Για παρόμοιο αποτέλεσμα, ουσίες που λειτουργούν στην κάμψη μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν. Ωστόσο, είναι χαμηλής συχνότητας και κατώτερα από τη μηχανική συμπίεσης.
Το υλικό μπορεί να είναι δίμορφο, συνήθως συλλέγεται σε σειρά ή παράλληλα, όλα εξαρτώνται από τους θετικά τοποθετημένους άξονες. Κατά κανόνα, πρόκειται για δύο πλάκες. Εάν ληφθεί υπόψη το ουδέτερο στρώμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια επικάλυψη από μέταλλο με μέσο πάχος αντί για πιεζοηλεκτρικό στοιχείο.
Για να μετρήσετε τα σήματα που κινούνται αρκετά αργά, κάντε τα εξής:
- πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας που περιλαμβάνεται στον ταλαντωτή;
- κρύσταλλος είναι σε συχνότητα συντονισμού;
- μόλις συμβεί το φορτίο, οι ενδείξεις θα αλλάξουν.
Ο
Σήμερα, τα πιεζομετρικά επιταχυνσιόμετρα είναι προηγμένες συσκευές που μπορούν να είναι υψηλής συχνότητας, με ισχυρή ευαισθησία.
Εναλλακτική πηγή ενέργειας μέσω μετατροπέων
Ένα από τα διάσημα και ανεξάντλητα μέσα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι η κυματική ενέργεια. Τέτοιοι σταθμοί τοποθετούνται απευθείας στο υδάτινο περιβάλλον. Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με τις ακτίνες του ήλιου, οι οποίες θερμαίνουν τη μάζα του αέρα, εξαιτίας της οποίας προκύπτουν κύματα. Ο άξονας αυτού του φαινομένου έχει μια ενεργειακή ένταση, η οποία καθορίζεται από τη δύναμη του ανέμου, το πλάτος των μετώπων αέρα, τη διάρκεια των ριπών.
Η τιμή μπορεί να κυμαίνεται σε ρηχά νερά ή να φτάσει τα 100 kW ανά μέτρο. Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας ενέργειας κυμάτων λειτουργεί σύμφωνα με μια συγκεκριμένη αρχή. Η στάθμη του νερού ανεβαίνει μέσω ενός κύματος, κατά τη διαδικασία ο αέρας συμπιέζεται έξω από το δοχείο. Στη συνέχεια, οι ροές διέρχονται μέσω ενός στρόβιλου αναστροφής. Η μονάδα περιστρέφεται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, ανεξάρτητα από την κίνηση των κυμάτων.
Αυτή η συσκευή έχει ένα θετικό χαρακτηριστικό. Μέχρι σήμερα δεν προβλέπεται βελτίωση του σχεδιασμού, γιατί η αποτελεσματικότητα και η αρχή λειτουργίας έχουν αποδειχθεί με όλους τους υπάρχοντες τρόπους. Στη διαδικασία της τεχνολογικής προόδου, ενδέχεται να κατασκευαστούν πλωτοί σταθμοί.
Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας υπερήχων
Αυτή η συσκευή έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μην απαιτεί πρόσθετες ρυθμίσεις. Είναι εξοπλισμένο με μπλοκ μνήμης, που δίνει το τεχνικό αποτέλεσμα. Αναφέρεται σε συσκευές ελέγχου και μέτρησης. Τέτοιες συσκευές διαφέρουν ως προς τον τύπο, τα τεχνικά χαρακτηριστικά, τα οποία καταρτίζονται με βάση τα δεδομένα σχεδιασμού και σκοπού με ελάχιστα σφάλματα. Όλες οι απαιτήσεις λαμβάνονται υπόψη βάσει σχεδίου.
Για όλες αυτές τις συσκευές, παρέχεται ένα τυπικό σχέδιο δημιουργίας: ανιχνευτής ελαττωμάτων, περίβλημα, ηλεκτρόδια, το κύριο στοιχείο που στερεώνεται στη βάση, πυρήνας, φύλλο και άλλα υλικά. Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας υπερήχων είναι ένα μοντέλο χρησιμότητας. Σας επιτρέπει να λαμβάνετε δεδομένα απευθείας χρησιμοποιώντας τον ήχο που είναι εγκατεστημένος στη βάση της συσκευής.
Εφαρμογές μετατροπέα πιεζοτροπέα
Συσκευές μεάμεσο αποτέλεσμα χρησιμοποιούνται σε όργανα που μετρούν δύναμη, πίεση, επιτάχυνση. Έχουν υψηλό επίπεδο συχνότητας και σκληρότητας. Συσκευή με ανάδραση χρησιμοποιείται σε κραδασμούς υπερήχων, τη μετατροπή της τάσης σε παραμόρφωση, την εξισορρόπηση. Εάν ληφθούν υπόψη και τα δύο εφέ ταυτόχρονα, τότε αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη για πιεζοηχητές που μετατρέπουν έναν τύπο ενέργειας σε άλλον σχετικά γρήγορα.
Θετικές συσκευές, συνδεδεμένες προς την αντίθετη κατεύθυνση, λειτουργούν με αυτόματες ταλαντώσεις και χρησιμοποιούνται σε γεννήτριες. Το πεδίο εφαρμογής τους είναι εκτεταμένο, καθώς έχουν υψηλή σταθερότητα όταν δημιουργηθούν σωστά. Συχνά, χρησιμοποιούνται αρκετοί πιεζοφωνικοί συντονιστές για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα και να ληφθούν οι σωστές πληροφορίες.
Μειονεκτήματα των μετατροπέων
Αυτές οι συσκευές έχουν τεράστιο αριθμό θετικών πτυχών. Ωστόσο, έχουν επίσης αρνητικά χαρακτηριστικά:
- αντίσταση εξόδου - μέγιστη;
- τα κυκλώματα και τα καλώδια μέτρησης πρέπει να δημιουργηθούν με βάση αυστηρές απαιτήσεις και οδηγίες.
Ο υπολογισμός του πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα εξάγει αρχικά τον τύπο εξίσωσης για τη συχνότητα συντονισμού: Fp =0,24 ·c·. Πάχος πλάκας: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3μ. Τα ενεργειακά χαρακτηριστικά υπολογίζονται ως εξής: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
