Günlük yaşamımızda, metale uygulanan mekanik gerilme, sıcaklık seviyeleri, Basınç seviyeleri vb. Gibi fiziksel büyüklükleri ölçmemiz gereken çeşitli durumlarla karşılaşıyoruz ... Tüm bu uygulamalar için, bu bilinmeyen miktarları birimler halinde ölçebilecek bir cihaza ihtiyacımız var ve bize tanıdık kalibrasyonlar. Bizim için en yararlı olan bu tür cihazlardan biri, TRANSDÜSER . Dönüştürücü, herhangi bir fiziksel miktarı orantılı elektrik miktarı biçiminde ya voltaj olarak ya da voltaj olarak dönüştürebilen elektrikli bir cihazdır. elektrik akımı . Çeşitli tipte dönüştürücülerin bulunduğu geniş havuzdan, bu makale aşağıdakileri açıklamayı amaçlamaktadır: piezoelektrik dönüştürücüler .
Piezoelektrik Dönüştürücü nedir?
Piezoelektrik dönüştürücünün tanımı bir elektrik dönüştürücü herhangi bir biçimini dönüştürebilen bir elektrik sinyaline fiziksel nicelik , ölçüm için kullanılabilir. Fiziksel miktarları elektrik sinyallerine dönüştürmek için piezoelektrik malzemelerin özelliklerini kullanan bir elektrik dönüştürücü, piezoelektrik dönüştürücü.
Piezoelektrik Dönüştürücü
Piezoelektrik malzemeler, piezoelektriklik buna göre, herhangi bir tür mekanik gerilme veya gerilme uygulamasında, uygulanan gerilme ile orantılı bir elektrik voltajının oluşmasına yol açar. Üretilen bu elektrik voltajı, voltaj kullanılarak ölçülebilir ölçü aletleri Malzemeye uygulanan gerilme veya gerilme değerini hesaplamak için.
Piezoelektrik Malzemelerin Türleri
Piezoelektrik malzeme türlerinden bazıları şunlardır:
Doğal Olarak Bulunanlar: Kuvars, Rochelle tuzu, Topaz, Turmalin grubu mineraller ve ipek, ağaç, emaye, kemik, saç, kauçuk, dentin gibi bazı organik maddeler. Yapay olarak üretir piezoelektrik malzemeler Poliviniliden diflorür, PVDF veya PVF2, Baryum titanat, Kurşun titanat, Kurşun zirkonat titanat (PZT), Potasyum niyobat, Lityum niyobat, Lityum tantalat ve diğer kurşunsuz piezoelektrik seramiklerdir.
Tüm piezoelektrik malzemeler kullanılamaz piezoelektrik dönüştürücüler . Transdüser olarak kullanılacak piezoelektrik malzemelerin karşılaması gereken belirli gereksinimler vardır. Ölçüm amaçlı kullanılan malzemeler, frekans kararlılığına sahip, yüksek çıkış değerlerine sahip, aşırı sıcaklık ve nem koşullarına duyarsız ve çeşitli şekillerde bulunabilen veya özelliklerini bozmadan çeşitli şekillerde üretilebilmesi için esnek olmalıdır.
Ne yazık ki, tüm bu özelliklere sahip piezoelektrik malzeme yoktur. Kuvars doğal olarak elde edilebilen ancak düşük çıktı seviyelerine sahip oldukça kararlı bir kristaldir. Yavaş değişen parametreler kuvars ile ölçülebilir. Rochelle tuzu en yüksek çıktı değerlerini verir, ancak çevre koşullarına duyarlıdır ve 1150F'nin üzerinde çalıştırılamaz.
Piezoelektrik Dönüştürücü Çalışması
Piezoelektrik Dönüştürücü piezoelektrik prensibi ile çalışır. Normal kuvars olan piezoelektrik malzemenin yüzeyleri, gümüş gibi ince bir iletken malzeme tabakası ile kaplanmıştır. Stres uygulandığında, malzeme içindeki iyonlar diğerinden uzaklaşırken iletken yüzeylerden birine doğru hareket eder. Bu, şarj oluşumuyla sonuçlanır. Bu yük, stresin kalibrasyonu için kullanılır. Üretilen yükün polaritesi, uygulanan gerilimin yönüne bağlıdır. Stres C olarak iki şekilde uygulanabilir baskılayıcı stres ve Çekme gerilmesi Aşağıda gösterildiği gibi.
Piezoelektrik Dönüştürücünün Çalışması
Piezoelektrik Dönüştürücü Formülü
Kristalin yönü ayrıca üretilen voltaj miktarını da etkiler. Bir dönüştürücüdeki kristal, boyuna pozisyon veya enine pozisyon .
Piezoelektrik Dönüştürücü Formülü
Boyuna ve Enine Etki
Boylamsal etkide, üretilen yük,
Q = F * d
F uygulanan kuvvet olduğunda, d kristalin piezoelektrik katsayısıdır.
Kuvars kristalinin piezoelektrik katsayısı d yaklaşık 2.3 * 10'dur.-12C / N.
Enine etkide, üretilen yük tarafından verilir
Q = F * d * (b / a)
B / a oranı 1'den büyük olduğunda, enine düzenleme ile üretilen yük, uzunlamasına düzenleme ile üretilen miktardan daha büyük olacaktır.
Piezoelektrik Dönüştürücü Devresi
Temel bir piezoelektrik dönüştürücünün çalışması aşağıdaki şekil ile açıklanabilir.
Piezoelektrik Dönüştürücü Devresi
Burada gümüşle kaplanmış kuvars kristali, üzerine stres uygulandığında bir voltaj oluşturmak için bir sensör olarak kullanılır. Üretilen yükü dağılmadan ölçmek için bir şarj amplifikatörü kullanılır. Çok düşük akım çekmek için R1 direnci çok yüksektir. Dönüştürücüyü bağlayan kurşun telin kapasitansı ve piezoelektrik sensör ayrıca kalibrasyonu etkiler. Dolayısıyla, şarj amplifikatörü genellikle sensöre çok yakın yerleştirilir.
Dolayısıyla, bir piezoelektrik dönüştürücüde, mekanik stres uygulandığında, orantılı bir elektrik voltajı üretilir; bu voltaj, yük amplifikatörü kullanılarak yükseltilir ve uygulanan stresin kalibrasyonu için kullanılır.
Piezoelektrik Ultrasonik Dönüştürücü
Ultrasonik piezoelektrik dönüştürücü, sohbet prensibine göre çalışır piezoelektrik etki . Bu etkide elektrik piezoelektrik bir malzemeye uygulandığında, uygulanan yük ile orantılı fiziksel deformasyonlara uğrar. Devresi ultrasonik dönüştürücü aşağıda verilmiştir.
Ultrasonik Piezoelektrik Dönüştürücü
Burada kuvars kristali transformatörün birincil L3'üne bağlanan iki metal levha A ve B arasına yerleştirilir. Transformatörün birincisi, endüktif olarak elektronik osilatör . Transformatörün sekonderini oluşturan L1 ve L2 bobinler elektronik osilatöre bağlanır.
Pil AÇIK konuma getirildiğinde, osilatör f = 1 ÷ (2π√L1C1) frekanslı yüksek frekanslı alternatif voltaj darbeleri üretir. Bundan dolayı, L3'te kuvars kristaline A ve B plakaları aracılığıyla aktarılan bir emf indüklenir. Ters piezoelektrik etki nedeniyle kristal büzülmeye ve genişlemeye başlar, böylece mekanik titreşimler yaratır.
Rezonans, frekansın elektronik osilatör kuvarsın doğal frekansına eşittir. Bu noktada kuvars üretir boyuna ultrasonik dalgalar büyük genlik.
Piezoelektrik Dönüştürücü Uygulamaları
- Piezoelektrik malzemeler statik değerleri ölçemediğinden, bunlar öncelikle yüzey pürüzlülüğünü ölçmek için, ivmeölçerlerde ve titreşim algılayıcı olarak kullanılır.
- Kullanılıyorlar sismograflar roketlerdeki titreşimleri ölçmek için.
- Kuvvet, gerilme, titreşimleri vb. Ölçmek için gerinim ölçerlerinde ...
- Otomotiv endüstrileri tarafından motorlardaki patlamaları ölçmek için kullanılır.
- Bunlar kullanılır ultrasonik görüntüleme tıbbi uygulamalarda.
Piezoelektrik Dönüştürücülerin Avantajları ve Sınırlamaları
Piezoelektrik dönüştürücülerin avantajları ve sınırlamaları aşağıdakileri içerir.
Avantajları
- Bunlar aktif dönüştürücüdür, yani çalışmak için harici güce ihtiyaç duymazlar ve bu nedenle kendi kendini üretirler.
- Bu dönüştürücülerin yüksek frekans tepkisi, çeşitli uygulamalar için iyi bir seçimdir.
Sınırlamalar
- Sıcaklık ve çevresel koşullar, dönüştürücünün davranışını etkileyebilir.
- Sadece değişen basıncı ölçebilirler, bu nedenle statik parametreleri ölçerken işe yaramazlar.
Böylece, bu tamamen Piezoelektrik Dönüştürücü , Çalışma Prensibi, Formül, Çalışmalı Devre, Avantajlar, Sınırlamalar ve ayrıca Uygulamalar. Yukarıdaki bilgilerden, tartıştığımız gibi Piezoelektrik dönüştürücünün çeşitli uygulamaları vardır. Piezoelektrik dönüştürücüyü hangi uygulama için kullandınız? Deneyimin nasıldı?
