Бул өзгөрткүчтөр генераторлордун чакан тобуна кирет, алар механикалык түрдө топтолгон электр заряддарына негизделген. Жыйынтыгында төмөнкүдөй байланыш айырмаланат: Q=d P. Бул учурда d - пьезоэлектрдик модулу, ал эми P - күч. Эреже катары, материал кварц, турмалин, күйдүрүү аралашмалары, барий, коргошун болуп саналат. Пьезоэлектрдик өзгөрткүчтү долбоорлоо үчүн жүктөө схемаларын колдонуу керек: кысуу, ийүү, кесүү, чыңалуу.
Түз жана тескери пьезоэлектрдик эффект
Түз эффект төмөндөгүлөр менен мүнөздөлөт: колдонулган кристаллдык материал белгилүү бир тартипте жайгашкан заряддуу иондордун эсебинен торчо түзөт. Бул процессте окшош эмес бөлүкчөлөр алмашып, бири-бирин компенсациялайт, натыйжада электрдик нейтралдуулук пайда болот. Кристаллдардын төмөнкүдөй мүнөздөмөлөрү бар:
- огуна карата симметрия;
- мурунку көрүнүштү эске алганда, алмашып турган жана компенсациялаган иондор менен тор пайда болот.
Эгерде процессте колдонулган материал Fx күчкө багытталган болсо, анда алдеформацияланып, оң жана терс заряддардын аралыгы өзгөрүп, берилген огдогу багыт электрлешет. Мунун баары q=d11Fx формуласында туюнтулган жана күчкө пропорционалдуу. Коэффицент зат жана анын абалы менен байланышкан, анын аталышы бар - пьезоэлектрдик модул. Индекстер күчкө жана четине жараша аныкталат, бирок багытты өзгөртсөңүз, эффект башкача болот.
Түз процессте пьезоэлектрдик өзгөрткүч тышкы күчтөрдүн таасири астында кристаллдарды электрлештирет. Бул таасир электриктер болгон заттардын таасири астында пайда болот. Өлчөө приборлорун жасоо үчүн кварц кристаллдары керек болот. Башкача айтканда, пьезоэлектрдик өзгөрткүчтүн иштөө принциби төмөнкүчө: түздөн-түз таасир эткенде, иш механика аркылуу ишке ашат, ал эми тескерисинче болсо, кристаллдар деформацияланат.
Кошумча пьезоэффекттер
Кристалл пластинка X, Y огуна күч таасир эткенде поляризацияланышы мүмкүн. Fy – туурасынан кеткен, Fz эч кандай акы алынбайт. Кварц кристалы үч координат огунда жайгашкан. Пьезоэлектрдик өзгөрткүчтөрдү колдонуу үчүн эффектти көрсөткөн пластинаны кесүү керек. Анын төмөнкү сүрөттөмөсү бар:
- жогорку күч;
- 108 N/m2 чейин уруксат берилген чыңалуу, ошондуктан чоң өлчөнө турган күчтөр мүмкүн;
- катуу жана ийкемдүүлүк;
- ичинде минималдуу сүрүлүү;
- стабилдүүлүк,өзгөрбөйт;
- Жасалган материалдын эң жогорку сапат фактору.
Кварц плиталары басымды жана күчтү өлчөөчү өзгөрткүчтарда гана колдонулат. Материалдын катуулугун эске алуу менен аны иштетүү кыйын, ошондуктан андан жөнөкөй форма түзүлөт. Туруктуу температурада модулу туруктуу болот. Эгерде ал көбөйсө, анда бул учурда модулдун төмөндөөсү байкалат. Пьезоэлектрдик касиеттер Цельсий боюнча 573 градуста жок болот.
Түзмөктүн жана өлчөө схемаларынын сүрөттөмөсү
Пьезоэлектрдик басымды өзгөрткүч төмөнкү түзүлүшкө ээ:
- мембрана, бул корпустун түбү;
- сырткы подкладка жерге төшөлгөн, ал эми ортосу кварц менен изоляцияланган;
- пластинкалар параллелдүү туташтырылган жогорку каршылыкка ээ;
- фольга жана кабелдин ички өзөгү капкак менен жабылган тешикке бекитилет.
Чыгуу кубаттуулугу минималдуу, бул жагынан алганда, чоң каршылыгы бар күчөткүч берилген. Негизи, чыңалуу киргизүү чынжырынын сыйымдуулугуна көз каранды. Өзгертүүчүнүн мүнөздөмөлөрү сезгичтикти жана сыйымдуулукту көрсөтөт. Негизинен, бул заряд жана аппараттын өз көрсөткүчтөрү. Эгерде жалпысынан эсептелсе, анда төмөнкү чыгаруу кубаттуулугу алынат: Sq =q/F же Uxx=d11 F/Co.
Жыштык диапазонун кеңейтүү үчүн өлчөнгөн төмөнкү өзгөрмөлөрдү туруктуу убакыт схемасына карай көбөйтүү керек. Аны күйгүзүү менен жасоо оңойприбор менен параллелдүү жайгашкан конденсаторлор. Бул учурда, бирок, чыгуу чыңалуу төмөндөйт. Көбөйтүлгөн каршылык сезимталдыкты жоготпостон диапазонду кеңейтет. Бирок аны жогорулатуу үчүн изоляциянын жакшыртылган сапаттары жана жогорку каршылыкка ээ болгон күчөткүчтөр керектелет.
Өлчөө схемаларынын сүрөттөлүшү
Спецификалык жана беттик каршылык өзүн өзү аныктайт, ал эми кварц үчүн негизги компонент жогору, ошондуктан пьезоэлектрдик өзгөрткүч мөөр басылышы керек. Натыйжада сапаты жакшырып, үстү нымдан жана кирден сакталат. Сенсордук өлчөө схемалары жогорку каршылыктагы күчөткүчтөр катары түзүлгөн, алар талаа эффективдүү транзистордук чыгаруу стадиясына жана операциялык түзүлүш менен инвертивдүү эмес күчөткүчкө негизделген. Киреше жана чыгууга чыңалуу берилет.
Бирок, бул эскирген пьезоэлектрдик өзгөрткүчтүн кемчиликтери болгон:
- чыгыш чыңалуусунун жана сенсордун көлөмүнө карата сезгичтиктин көз карандылыгы;
- температура шарттарына байланыштуу өзгөргөн туруксуз кубаттуулук.
Күчөткүчтүн чыңалуусу жана сезгичтиги уруксат берилген ката менен аныкталат, эгерде камтылган туруктуу көлөм C1 менен толукталса. Формула: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Трансформациядан кийин биз төмөнкүнү алабыз: S=Ubx/F. Эгерде коэффициент жогоруласа, тиешелүүлүгүнө жараша, жана бул өзгөрмөлөр көбөйөт. Өлчөө схемасы төмөнкү менен мүнөздөлөт:
- туруктуу хронология;
- каршылык R кириштин көбөйүшү, сенсорлордун, кабелдердин изоляциясы жана R3;
- MOS транзисторлору талаа түзмөктөрүнө караганда күчтүүрөөк, бирок ызы-чуу деңгээли жогору;
- R3 чыңалууну турукташтырат, анын мааниси ~ 1011 Ом катары эсептелет..
менен аныкталат.
Акыркы өзгөрмөнү талдоо менен, биз туруктуу убакыт сызыгы төмөнкүдөй деп болжолдоого болот: t ≦ 1c. Түзмөктөр кубаттоо үчүн чыңалуу күчөткүчтөрү бар пьезоэлектрдик сенсорлорду колдоно алышат.
Түзмөктүн артыкчылыктары
Пьезоэлектрдик өзгөрткүч төмөнкү артыкчылыктарга ээ:
- оңой структуралык чогултуу;
- өлчөмдөр;
- ишенимдүүлүк;
- механикалык чыңалууну электрдик зарядга айландыруу;
- тез өлчөнө турган өзгөрмөлөр.
Дененин идеалдуу абалына жакын болгон кварц сыяктуу материалда механиканын электрдик зарядга айланышы -4төн -6га чейинки минималдуу ката менен мүмкүн. Бирок, жогорку тактыктагы технологиянын өнүгүшү жоготуусуз тактыкты ишке ашыруу мүмкүнчүлүгүн жакшыртты. Натыйжада, бул пьезоэлектрдик өзгөрткүчтөр күчтөрдү, басымды жана башка элементтерди өлчөө үчүн эң ылайыктуу деген тыянак чыгарууга болот.
PET ылдамдатуу төмөнкү түзүлүшкө ээ:
- бардык материалдар титан негизине бекитилет;
- эки бир убакта пьезоэлектрдик элементтерди күйгүздүкварцтан;
- минималдуу өлчөмдөр үчүн иштелип чыккан жогорку тыгыздыктагы инерциялык масса;
- сигналды жез фольга менен алып салуу;
- ал, өз кезегинде, ширетилген кабелге туташкан;
- сенсор базага буралган капкак менен жабылган;
- метрди объектке бекитүү үчүн жипти кесиңиз.
Массалыкка карабастан, сенсор кыйла туруктуу жана тыгыз. 150 м/сек ылдамдыкта иштейт2.
Конвертерлердин дизайн өзгөчөлүктөрү
Эгер акселерометр сенсорун жасоо керек болсо, пьезо сезгич пластинкаларды негизге туура бекитүү маанилүү. Бул иш-аракет ширетүү менен жүзөгө ашырылат. Кабель төмөнкү талаптарга жооп бериши керек:
- изоляцияга каршылык жогору болушу керек;
- экран конок бөлмөнүн жанына жайгаштырылган;
- вибрацияга каршы;
- ийкемдүүлүк.
Башкача айтканда, кабель күчөткүчтүн киришинде чайпалбашы керек. Өлчөө схемасы интерференция болбошу үчүн симметриялуу түзүлөт. Сенсордо туташуу асимметриялуу, өткөргүчтөрдүн жана корпустун каршылыгы сырткы плиталардын изоляциясы алынгандай туташтырылган. Керектүү натыйжага жетүү үчүн, эсептегич процессте колдонулган так сандагы материалдардан жасалышы керек. Элементтер күчөткүчкө борбордук бөлүктөгү тешиктер жана корпуска буралган изоляторлор аркылуу басышат.
Тилтирүүнү өлчөөчү түзүлүштөрдүн өзгөчөлүктөрү
Өлчөө приборунун сезгичтигин жогорулатуу үчүн модулу жогору пьезоэлектрдик элементтерди колдонуу керек. Булматериал параллелдүү катар тизилип, металл прокладкалар жана плиталар менен туташтырылган. Окшош таасир үчүн, ийилгенде иштеген заттарды дагы деле колдонсо болот. Бирок, алар аз жыштык жана кысуу механикасына караганда төмөн.
Материал биморфтуу болушу мүмкүн, ал көбүнчө катар же параллелдүү чогултулат, бардыгы оң жайгашкан октордон көз каранды. Эреже катары, бул эки табак болуп саналат. Эгерде нейтралдуу катмар эске алынса, пьезоэлектрдик элементтин ордуна орточо калыңдыктагы металлдан жасалган катмар колдонулушу мүмкүн.
Жетиштүү жай кыймылдаган сигналдарды өлчөө үчүн төмөнкүнү аткарыңыз:
- пьезоэлектрдик өзгөрткүч осцилляторго киргизилген;
- кристалл резонанстык жыштыкта;
- жүк пайда болоору менен индикаторлор өзгөрөт.
Бүгүн, пьезо акселерометрлер жогорку жыштыктагы, сезгичтиги күчтүү өнүккөн түзмөктөр.
Конвертерлер аркылуу альтернативдүү энергия булагы
Электр энергиясын өндүрүүнүн атактуу жана түгөнгүс каражаттарынын бири бул толкун энергиясы. Мындай станциялар түздөн-түз суу чөйрөсүндө орнотулат. Бул кубулуш аба массасын ысыткан күндүн нурлары менен байланыштуу, анын натыйжасында толкундар пайда болот. Бул кубулуштун валынын энергия интенсивдүүлүгү бар, ал шамалдын күчү, аба фронтторунун кеңдиги, шамалдын узактыгы менен аныкталат.
Мааниси тайыз сууда өзгөрүшү мүмкүн же метрге 100 кВт жетиши мүмкүн. Пьезоэлектрдик толкун энергиясын өзгөрткүч белгилүү бир принцип боюнча иштейт. Суунун деңгээли толкундун жардамы менен көтөрүлөт, бул процессте аба идиштен сыгылып чыгат. Андан кийин агымдар тескери турбина аркылуу өтөт. Бирдик толкундардын кыймылына карабастан белгилүү бир багытта айланат.
Бул аппараттын оң мүнөздөмөсү бар. Бүгүнкү күнгө чейин, дизайнды жакшыртуу болжолдонгон эмес, анткени натыйжалуулугу жана иштөө принциби бардык болгон жолдор менен далилденген. Технологиялык прогресстин процессинде сүзүүчү станциялар курулушу мүмкүн.
Ультразвуктук пьезоэлектрдик өзгөрткүч
Бул аппарат кошумча жөндөөлөрдү талап кылбагандай кылып жасалган. Ал техникалык натыйжа берген эс-тутум блогу менен жабдылган. Башкаруу жана өлчөө приборлорун билдирет. Мындай түзүлүштөр минималдуу каталар менен дизайн жана максаттуу маалыматтардын негизинде түзүлөт түрү, техникалык мүнөздөмөлөрү менен айырмаланат. Бардык талаптар дизайндын негизинде каралат.
Бардык ушундай түзүлүштөр үчүн стандарттуу түзүү схемасы каралган: дефектоскоп, корпус, электроддор, негизге бекитилген негизги элемент, өзөк, фольга жана башка материалдар. УЗИ пьезоэлектрдик өзгөрткүч пайдалуу модель болуп саналат. Бул түзмөктүн базасында орнотулган үн аркылуу маалыматтарды түздөн-түз алууга мүмкүндүк берет.
Пиезо өзгөрткүч колдонмолору
Түзмөктөр менентүз эффект күчтү, басымды, ылдамданууну өлчөөчү аспаптарда колдонулат. Аларда жыштык жана катаалдыгы жогору. Пикири бар аппарат ультраүн термелүүдө, стрессти деформацияга айландырууда, тең салмактуулукта колдонулат. Эгер эки эффект тең бир убакта эске алынса, анда бул параметр энергиянын бир түрүн экинчи түргө тез айландырган пьезорезонаторлор үчүн ылайыктуу.
Оң приборлор, карама-каршы багытта туташып, автоматтык термелүүлөрдө иштейт жана генераторлордо колдонулат. Аларды колдонуу чөйрөсү кеңири, анткени алар туура түзүлгөндө жогорку туруктуулукка ээ. Көбүнчө, каалаган эффектке жетүү жана туура маалыматты алуу үчүн бир нече пьезорезонаторлор колдонулат.
Конвертерлердин кемчиликтери
Бул түзмөктөрдүн көптөгөн оң жактары бар. Бирок, алардын терс жактары да бар:
- чыгаруу каршылыгы - максималдуу;
- өлчөө схемалары жана кабелдери катуу талаптардын жана көрсөтмөлөрдүн негизинде түзүлүшү керек.
Пьезоэлектрдик өзгөрткүчтү эсептөөдө адегенде резонанстык жыштык үчүн теңдеме формуласы келип чыгат: Fp =0,24 ·c·. Пластинанын калыңдыгы: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3м. Энергетикалык мүнөздөмөлөр төмөнкүчө эсептелет: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
