ตัวแปลงเหล่านี้อยู่ในกลุ่มย่อยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยยึดตามประจุไฟฟ้าสะสมทางกลไก เป็นผลให้มีการแยกความสัมพันธ์ต่อไปนี้: Q=d P. ในกรณีนี้ d คือโมดูลัสเพียโซอิเล็กทริกและ P คือแรง ตามกฎแล้ววัสดุคือควอตซ์, ทัวร์มาลีน, ส่วนผสมการหลอม, แบเรียม, ตะกั่ว ในการออกแบบทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก จำเป็นต้องใช้รูปแบบการโหลด: การบีบอัด การดัด แรงเฉือน ความตึง
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรงและย้อนกลับ
ผลกระทบโดยตรงมีลักษณะดังนี้: วัสดุที่เป็นผลึกที่ใช้สร้างโครงตาข่ายเนื่องจากไอออนที่มีประจุถูกจัดเรียงในลำดับที่แน่นอน ในกระบวนการนี้ อนุภาคที่ไม่เหมือนกันจะสลับกันและชดเชยซึ่งกันและกัน ส่งผลให้เกิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า คริสตัลมีคุณสมบัติที่ระบุดังนี้:
- สมมาตรเทียบกับแกน
- เมื่อพิจารณาจากมุมมองก่อนหน้า โครงตาข่ายปรากฏขึ้นพร้อมไอออนที่สลับกันและชดเชย
หากวัสดุที่ใช้ในกระบวนการถูกบังคับโดยตรง Fx มันก็จะผิดรูป ระยะห่างระหว่างประจุบวกและประจุลบจะเปลี่ยนไป และทิศทางในแกนที่กำหนดจะถูกทำให้เป็นไฟฟ้า ทั้งหมดนี้แสดงในสูตร q=d11Fx และเป็นสัดส่วนกับกำลัง ค่าสัมประสิทธิ์สัมพันธ์กับสารและสถานะของสารซึ่งมีชื่อเรียกว่าโมดูลเพียโซอิเล็กทริก ดัชนีถูกกำหนดโดยความแข็งแกร่งและขอบ แต่ถ้าคุณเปลี่ยนทิศทางเอฟเฟกต์จะแตกต่างออกไป
ตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซอิเล็กทริกในกระบวนการโดยตรงทำให้ผลึกเกิดไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก ผลกระทบนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสารที่เป็นช่างไฟฟ้า ในการทำเครื่องมือวัด คุณจะต้องใช้ผลึกควอทซ์ นั่นคือหลักการทำงานของทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกมีดังนี้: โดยมีผลโดยตรง การกระทำจะดำเนินการผ่านกลไก และในทางกลับกัน คริสตัลจะเปลี่ยนรูป
เอฟเฟกต์เพียโซเพิ่มเติม
คริสตัลสามารถโพลาไรซ์ได้เมื่อเพลทอยู่ภายใต้แรงบนแกน X, Y Fy – ตามขวาง โดย Fz ไม่มีค่าใช้จ่าย คริสตัลควอตซ์ตั้งอยู่บนแกนพิกัดสามแกน เพื่อที่จะใช้ทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก จำเป็นต้องตัดเพลตที่บ่งบอกถึงผลกระทบ มันมีคำอธิบายดังต่อไปนี้:
- แรงสูง;
- แรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตได้ถึง 108 N/m2 จึงสามารถวัดแรงได้มาก
- ความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่น
- แรงเสียดทานภายในน้อยที่สุด
- ความมั่นคงซึ่งไม่เปลี่ยนแปลง
- ปัจจัยด้านคุณภาพสูงสุดของวัสดุประดิษฐ์
แผ่นควอตซ์ใช้ในทรานสดิวเซอร์ที่วัดความดันและแรงเท่านั้น เนื่องจากความแข็งของวัสดุจึงยากต่อการประมวลผล ดังนั้นจึงสร้างรูปร่างที่เรียบง่ายขึ้น โมดูลัสคงที่ที่อุณหภูมิคงที่ ถ้ามันเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ โมดูลจะลดลง คุณสมบัติของเพียโซอิเล็กทริกจะหายไปที่อุณหภูมิ 573 องศาเซลเซียส
รายละเอียดอุปกรณ์และวงจรวัด
ตัวแปลงสัญญาณแรงดันเพียโซอิเล็กทริกมีโครงสร้างดังนี้:
- เมมเบรนซึ่งอยู่ด้านล่างของเคส;
- ชั้นนอกมีสายดิน และชั้นตรงกลางหุ้มด้วยควอตซ์
- แผ่นมีความต้านทานสูง ต่อขนานกัน
- ฟอยล์และแกนด้านในของสายเคเบิลถูกยึดในรูที่ปิดด้วยฝาปิด
กำลังขับมีน้อยในเรื่องนี้ให้แอมพลิฟายเออร์ที่มีความต้านทานสูง โดยพื้นฐานแล้วแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความจุของวงจรอินพุต ลักษณะของทรานสดิวเซอร์บ่งบอกถึงความไวและความจุ โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือการชาร์จและตัวบ่งชี้ของอุปกรณ์เอง หากคำนวณทั้งหมด จะได้กำลังขับดังต่อไปนี้ Sq =q/F or Uxx=d11 F/Co.
เพื่อขยายช่วงความถี่ จำเป็นต้องเพิ่มตัวแปรต่ำที่วัดได้ไปสู่วงจรเวลาคงที่ ทำได้ง่ายโดยเปิดเครื่องตัวเก็บประจุที่อยู่ขนานกับอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ แรงดันไฟขาออกจะลดลง ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นจะขยายช่วงโดยไม่สูญเสียความไว แต่เพื่อเพิ่มคุณภาพนั้น จำเป็นต้องมีการปรับปรุงคุณภาพการแยกและแอมพลิฟายเออร์ที่มีอินพุตความต้านทานสูง
คำอธิบายวงจรการวัด
ความต้านทานเฉพาะและพื้นผิวเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบหลักสำหรับควอตซ์จะสูงกว่า ดังนั้นจึงต้องปิดผนึกทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริก ส่งผลให้คุณภาพดีขึ้นและพื้นผิวได้รับการปกป้องจากความชื้นและสิ่งสกปรก วงจรการวัดค่าเซ็นเซอร์ถูกสร้างขึ้นเป็นแอมพลิฟายเออร์ความต้านทานสูง ซึ่งอิงจากสเตจเอาท์พุตทรานซิสเตอร์แบบ field-effect และแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านพร้อมอุปกรณ์การทำงาน แรงดันไฟเข้าและออก
อย่างไรก็ตาม ตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซอิเล็กทริกที่ล้าสมัยนี้มีข้อบกพร่อง:
- ความขึ้นกับแรงดันไฟขาออกและความไวที่สัมพันธ์กับปริมาตรของเซนเซอร์
- ความจุไม่เสถียรที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ
แรงดันไฟของเครื่องขยายเสียงและความไวจะถูกกำหนดโดยข้อผิดพลาดที่อนุญาต หากระดับเสียงที่เสถียรที่รวมไว้นั้นเสริมด้วย C1 สูตร: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). หลังจากแปลงแล้ว จะได้ S=Ubx/F. ถ้าสัมประสิทธิ์เพิ่มขึ้นตามลำดับและตัวแปรเหล่านี้เพิ่มขึ้น วงจรการวัดมีลักษณะดังนี้:
- ไทม์ไลน์คงที่
- ความต้านทาน R ถูกกำหนดโดยการเพิ่มอินพุต การแยกเซ็นเซอร์ สายเคเบิล และ R3;
- MOS ทรานซิสเตอร์แข็งแกร่งกว่าอุปกรณ์ภาคสนาม แต่มีระดับเสียงสูง
- R3 ทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ ค่าของมันถูกคำนวณเป็น ~ 1011 Ohm.
วิเคราะห์ตัวแปรสุดท้าย เราสามารถสรุปได้ว่าเส้นเวลาคงที่เป็นดังนี้: t ≦ 1c อุปกรณ์ในปัจจุบันสามารถใช้เซ็นเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกกับแอมพลิฟายเออร์แรงดันไฟฟ้าเพื่อชาร์จได้
ข้อดีของอุปกรณ์
ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกมีข้อดีดังต่อไปนี้:
- ประกอบโครงสร้างง่าย
- ขนาด;
- ความน่าเชื่อถือ;
- การแปลงแรงดันไฟเชิงกลเป็นประจุไฟฟ้า
- ตัวแปรที่วัดได้อย่างรวดเร็ว
ในกรณีของวัสดุ เช่น ควอตซ์ ซึ่งอยู่ใกล้กับสภาวะในอุดมคติของร่างกาย การเปลี่ยนแปลงของกลไกกลเป็นประจุไฟฟ้าเป็นไปได้โดยมีข้อผิดพลาดขั้นต่ำ -4 ถึง -6 อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเทคโนโลยีที่มีความแม่นยำสูงได้ปรับปรุงความสามารถในการรับรู้ความแม่นยำแบบไม่สูญเสียข้อมูล เป็นผลให้เราสามารถสรุปได้ว่าทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริกเหล่านี้เหมาะสมที่สุดสำหรับการวัดแรง ความดัน และองค์ประกอบอื่นๆ
การเร่งความเร็ว PET มีโครงสร้างดังนี้:
- วัสดุทั้งหมดติดอยู่ที่ฐานไทเทเนียม
- สองเปิดองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกพร้อมกันจากควอตซ์
- มวลเฉื่อยความหนาแน่นสูงที่ออกแบบมาสำหรับขนาดต่ำสุด
- ถอดสัญญาณด้วยฟอยล์ทองเหลือง
- ในทางกลับกันเธอเชื่อมต่อกับสายเคเบิลที่บัดกรี
- เซ็นเซอร์ปิดด้วยฝาเกลียวที่ฐาน
- ซ่อมมิเตอร์บนวัตถุให้ตัดด้าย
แม้จะมีมวล แต่เซ็นเซอร์ค่อนข้างเสถียรและหนาแน่น วิ่งด้วยความเร็ว 150 ม./วินาที2.
คุณสมบัติการออกแบบของตัวแปลง
หากจำเป็นต้องสร้างเซ็นเซอร์วัดความเร่ง จำเป็นต้องติดเพลตตรวจจับเพียโซเข้ากับฐานอย่างถูกต้อง การดำเนินการนี้ดำเนินการโดยการบัดกรี สายเคเบิลต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:
- ความต้านทานของฉนวนควรสูง
- หน้าจอวางข้างห้องนั่งเล่น
- กันสั่น
- ความยืดหยุ่น
นั่นคือไม่ควรเขย่าสายที่อินพุตของเครื่องขยายเสียง วงจรการวัดถูกสร้างขึ้นอย่างสมมาตรเพื่อไม่ให้เกิดการรบกวน ในเซ็นเซอร์ การเชื่อมต่อนั้นไม่สมมาตร ความต้านทานของสายนำและตัวเรือนเชื่อมต่อกันในลักษณะที่ได้รับฉนวนของเพลตด้านนอก เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ มิเตอร์ต้องทำจากวัสดุจำนวนคี่ที่ใช้ในกระบวนการ องค์ประกอบถูกกดเข้ากับเครื่องขยายเสียงผ่านรูตรงกลางและผ่านฉนวนที่ขันเข้ากับเคส
คุณสมบัติของเครื่องวัดความสั่นสะเทือน
เพื่อเพิ่มความไวของอุปกรณ์วัด จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกแบบโมดูลัสสูง นี้วัสดุถูกวางขนานกันเป็นแถวและเชื่อมต่อกับปะเก็นและแผ่นโลหะ สำหรับผลที่คล้ายคลึงกัน สารที่ทำงานเกี่ยวกับการดัดงอก็สามารถใช้ได้ อย่างไรก็ตาม มีความถี่ต่ำและด้อยกว่ากลไกการบีบอัด
วัสดุสามารถเป็นแบบไบมอร์ฟได้ โดยปกติแล้วจะรวบรวมเป็นชุดหรือขนานกัน ขึ้นอยู่กับแกนที่อยู่ในเชิงบวก ตามกฎแล้วนี่คือสองแผ่น หากคำนึงถึงชั้นที่เป็นกลาง สามารถใช้แผ่นปิดที่ทำจากโลหะที่มีความหนาเฉลี่ยแทนองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกได้
ในการวัดสัญญาณที่เคลื่อนไหวช้าพอ ให้ทำดังต่อไปนี้:
- ตัวแปลงสัญญาณแบบเพียโซอิเล็กทริกรวมอยู่ในออสซิลเลเตอร์
- คริสตัลอยู่ที่ความถี่พ้อง;
- ทันทีที่โหลดเกิดขึ้น ตัวบ่งชี้จะเปลี่ยนไป
วันนี้ เครื่องวัดความเร่งแบบเพียโซเป็นอุปกรณ์ขั้นสูงที่มีความถี่สูงและมีความไวสูง
แหล่งพลังงานทางเลือกผ่านตัวแปลง
หนึ่งในวิธีการผลิตไฟฟ้าที่มีชื่อเสียงและไม่รู้จักเหนื่อยคือพลังงานคลื่น สถานีดังกล่าวติดตั้งโดยตรงในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับรังสีของดวงอาทิตย์ซึ่งทำให้มวลอากาศร้อนขึ้นเนื่องจากคลื่นเกิดขึ้น ก้านของปรากฏการณ์นี้มีความเข้มของพลังงานซึ่งกำหนดโดยความแรงของลม ความกว้างของหน้าลม ระยะเวลาของลมกระโชก
ค่าอาจผันผวนในน้ำตื้นหรือสูงถึง 100 กิโลวัตต์ต่อเมตรตัวแปลงพลังงานคลื่นเพียโซอิเล็กทริกทำงานตามหลักการบางประการ ระดับน้ำเพิ่มขึ้นโดยใช้คลื่น ในกระบวนการนี้อากาศจะถูกบีบออกจากถัง จากนั้นกระแสน้ำจะถูกส่งผ่านโดยกังหันย้อนกลับ หน่วยหมุนไปในทิศทางที่แน่นอนโดยไม่คำนึงถึงการเคลื่อนไหวของคลื่น
อุปกรณ์นี้มีลักษณะเชิงบวก จนถึงวันนี้ การปรับปรุงการออกแบบไม่ได้คาดการณ์ไว้ เนื่องจากประสิทธิภาพและหลักการทำงานได้รับการพิสูจน์แล้วในทุกวิถีทางที่มีอยู่ ในกระบวนการของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี อาจสร้างสถานีลอยน้ำได้
อัลตราโซนิกทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริก
อุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบมาให้ไม่ต้องตั้งค่าเพิ่มเติม มีการติดตั้งบล็อกหน่วยความจำซึ่งให้ผลลัพธ์ทางเทคนิค หมายถึงอุปกรณ์ควบคุมและวัด อุปกรณ์ดังกล่าวแตกต่างกันในประเภท ลักษณะทางเทคนิค ซึ่งรวบรวมบนพื้นฐานของข้อมูลการออกแบบและวัตถุประสงค์โดยมีข้อผิดพลาดน้อยที่สุด ข้อกำหนดทั้งหมดพิจารณาจากการออกแบบ
สำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวทั้งหมด รูปแบบการสร้างมาตรฐานมีให้: เครื่องตรวจจับข้อบกพร่อง, ตัวเรือน, อิเล็กโทรด, องค์ประกอบหลักที่ยึดติดกับฐาน, แกน, ฟอยล์และวัสดุอื่น ๆ piezoelectric transducer ล้ำเสียงเป็นรูปแบบยูทิลิตี้ ช่วยให้คุณรับข้อมูลได้โดยตรงโดยใช้เสียงที่ติดตั้งบนฐานของอุปกรณ์
แอปพลิเคชั่นตัวแปลงสัญญาณเพียโซ
อุปกรณ์กับผลโดยตรงใช้ในเครื่องมือที่วัดแรงความดันความเร่ง พวกเขามีความถี่และความรุนแรงในระดับสูง เครื่องมือที่มีการป้อนกลับถูกใช้ในการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก, การแปลงความเค้นเป็นการเปลี่ยนรูป, การทรงตัว หากพิจารณาเอฟเฟกต์ทั้งสองพร้อมกัน ตัวเลือกนี้เหมาะสำหรับเครื่องวิเคราะห์เสียงแบบพายโซเรโซเนเตอร์ที่แปลงพลังงานประเภทหนึ่งเป็นอีกประเภทหนึ่งอย่างรวดเร็ว
อุปกรณ์บวก เชื่อมต่อในทิศทางตรงกันข้าม ทำงานด้วยการสั่นอัตโนมัติและใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขอบเขตของการใช้งานนั้นกว้างขวาง เนื่องจากมีความเสถียรสูงเมื่อสร้างอย่างเหมาะสม บ่อยครั้งที่มีการใช้เครื่องสะท้อนเสียงพายโซหลายตัวเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการและได้รับข้อมูลที่ถูกต้อง
ข้อเสียของตัวแปลง
อุปกรณ์เหล่านี้มีประโยชน์มากมาย อย่างไรก็ตาม พวกเขายังมีคุณสมบัติเชิงลบ:
- ต้านทานเอาต์พุต - สูงสุด;
- การวัดวงจรและสายเคเบิลต้องสร้างขึ้นตามข้อกำหนดและหลักเกณฑ์ที่เข้มงวด
การคำนวณของทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริกได้สูตรสมการสำหรับความถี่เรโซแนนซ์: Fp =0.24 ·c· ความหนาของแผ่น: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. ลักษณะพลังงานคำนวณได้ดังนี้ Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
