Các bộ chuyển đổi này thuộc một nhóm phụ của máy phát điện, chúng hoạt động dựa trên các điện tích tích lũy về mặt cơ học. Kết quả là, mối quan hệ sau được phân biệt: Q=d P. Trong trường hợp này, d là môđun áp điện và P là lực. Theo nguyên tắc, vật liệu là thạch anh, tourmaline, hỗn hợp ủ, bari, chì. Để thiết kế bộ chuyển đổi áp điện, cần sử dụng các dạng tải: nén, uốn, cắt, lực căng.
Hiệu ứng áp điện trực tiếp và ngược lại
Hiệu ứng trực tiếp được đặc trưng bởi: vật liệu tinh thể được sử dụng tạo thành mạng tinh thể do các ion tích điện sắp xếp theo một trật tự nhất định. Trong quá trình này, các hạt khác nhau xen kẽ và bù trừ lẫn nhau, dẫn đến tính trung hòa về điện. Pha lê có các đặc điểm được biểu thị như sau:
- đối xứng với trục;
- xét theo quan điểm trước đó, một mạng tinh thể xuất hiện với các ion xen kẽ và bù trừ.
Nếu vật liệu được sử dụng trong quá trình này hướng vào lực Fx, thì nóbị biến dạng, khoảng cách giữa các điện tích dương và điện tích âm thay đổi, hướng theo trục đã cho là nhiễm điện. Tất cả điều này được thể hiện trong công thức q=d11Fxvà tỷ lệ với lực. Hệ số gắn liền với chất và trạng thái của nó, nó có một cái tên - môđun áp điện. Chỉ số được xác định bởi độ mạnh và độ cạnh, nhưng nếu bạn thay đổi hướng, hiệu ứng sẽ khác.
Bộ biến áp điện trong quá trình trực tiếp nhiễm điện cho các tinh thể dưới tác dụng của ngoại lực. Hiệu ứng này xảy ra dưới tác dụng của các chất là thợ điện. Để chế tạo các dụng cụ đo lường, bạn sẽ cần các tinh thể thạch anh. Đó là, nguyên tắc hoạt động của bộ chuyển đổi áp điện như sau: với tác dụng trực tiếp, tác động được thực hiện thông qua cơ học, và ngược lại, các tinh thể bị biến dạng.
Hiệu ứng piezo bổ sung
Tinh thể có thể bị phân cực khi tấm chịu tác dụng của lực lên các trục X, Y. Fy- nằm ngang, với Fz không phát sinh phí. Tinh thể thạch anh nằm trên ba trục tọa độ. Để sử dụng bộ biến đổi áp điện, người ta phải cắt một tấm ghi hiệu ứng. Nó có mô tả sau:
- độ bền cao;
- điện áp cho phép lên đến 108N / m2, do đó có thể có lực đo lớn;
- độ cứng và độ đàn hồi;
- ma sát tối thiểu bên trong;
- ổn định,không thay đổi;
- Yếu tố chất lượng tối đa của vật liệu chế tạo.
Tấm thạch anh chỉ được sử dụng trong các đầu dò đo áp suất và lực. Do vật liệu có độ cứng, khó gia công nên từ đó tạo ra một hình dạng đơn giản. Môđun không đổi ở nhiệt độ không đổi. Nếu nó tăng, thì trong trường hợp này có một mô-đun giảm. Tính chất áp điện biến mất ở 573 độ C.
Mô tả thiết bị và mạch đo lường
Bộ biến áp áp điện có cấu tạo như sau:
- màng, là đáy của vỏ máy;
- lớp lót bên ngoài được nối đất, và lớp giữa được cách nhiệt bằng thạch anh;
- có điện trở cao, được kết nối song song;
- lá và lõi bên trong của cáp được gắn chặt trong một lỗ đóng bằng nắp.
Các tấm
Công suất đầu ra là tối thiểu, về mặt này, một bộ khuếch đại có điện trở lớn được cung cấp. Về cơ bản, điện áp phụ thuộc vào điện dung của mạch đầu vào. Các đặc tính của đầu dò cho biết độ nhạy và điện dung. Về cơ bản, đây là mức sạc và các chỉ số riêng của thiết bị. Nếu tính tổng thì sẽ thu được công suất đầu ra như sau: Sq =q / F hoặc Uxx=d11F / Co.
Để mở rộng dải tần, cần tăng các biến thấp đo được theo hướng mạch thời gian không đổi. Thật dễ dàng để làm điều này bằng cách bậtcác tụ điện được đặt song song với thiết bị. Tuy nhiên, trong trường hợp này, điện áp đầu ra sẽ giảm. Điện trở đã được tăng lên sẽ mở rộng phạm vi mà không làm mất độ nhạy. Nhưng để tăng nó, chất lượng cách ly được cải thiện và bộ khuếch đại có đầu vào điện trở cao là cần thiết.
Mô tả các mạch đo lường
Điện trở cụ thể và bề mặt xác định riêng của chúng, và thành phần chính đối với thạch anh cao hơn, vì vậy bộ chuyển đổi áp điện phải được niêm phong. Do đó, chất lượng được cải thiện và bề mặt được bảo vệ khỏi độ ẩm và bụi bẩn. Các mạch đo lường cảm biến được tạo ra dưới dạng bộ khuếch đại điện trở cao, dựa trên giai đoạn đầu ra bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bộ khuếch đại không đảo với thiết bị hoạt động. Điện áp được cung cấp cho đầu vào và đầu ra.
Tuy nhiên, bộ chuyển đổi áp điện lỗi thời này có sai sót:
- sự phụ thuộc của điện áp đầu ra và độ nhạy liên quan đến âm lượng cảm biến;
- công suất không ổn định thay đổi do điều kiện nhiệt độ.
Điện áp của bộ khuếch đại và độ nhạy được xác định theo sai số cho phép, nếu âm lượng ổn định đi kèm được bổ sung bằng C1. Công thức: ys=(ΔCo + ΔCk) / (Co+ Ck + C1). Sau khi biến đổi ta được: S=Ubx/ F. Nếu hệ số tăng tương ứng và các biến này tăng lên. Mạch đo được đặc trưng bởi:
- dòng thời gian không đổi;
- R được xác định bằng độ lợi đầu vào, cách ly của cảm biến, cáp và R3;
- MOS mạnh hơn các thiết bị hiện trường nhưng có độ ồn cao;
- R3ổn định điện áp, giá trị của nó được tính là~1011Ohm.
Điện trở
Các bóng bán dẫn
Phân tích biến cuối cùng, chúng ta có thể giả sử rằng dòng thời gian không đổi như sau: t ≦ 1c. Các thiết bị ngày nay có thể sử dụng cảm biến áp điện với bộ khuếch đại điện áp để sạc.
Ưu điểm của thiết bị
Đầu dò áp điện có những ưu điểm sau:
- lắp ráp cấu trúc dễ dàng;
- kích thước;
- độ tin cậy;
- chuyển đổi điện áp cơ học thành điện tích;
- biến có thể được đo lường nhanh chóng.
Trong trường hợp vật liệu như thạch anh, gần với trạng thái lý tưởng của cơ thể, sự biến đổi cơ học thành điện tích có thể xảy ra với sai số tối thiểu từ -4 đến -6. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ độ chính xác cao đã cải thiện khả năng thực hiện độ chính xác không mất dữ liệu. Do đó, chúng tôi có thể kết luận rằng những đầu dò áp điện này là phù hợp nhất để đo lực, áp suất và các yếu tố khác.
Gia tốc PET có cấu trúc như sau:
- tất cả các vật liệu đều được gắn vào đế titan;
- hai đồng thời bật các phần tử áp điệntừ thạch anh;
- khối lượng quán tính mật độ cao được thiết kế cho kích thước tối thiểu;
- loại bỏ tín hiệu bằng lá đồng;
- cô ấy, đến lượt nó, được kết nối với một cáp được hàn;
- cảm biến được bao phủ bởi một nắp vặn vào đế;
- để cố định đồng hồ trên vật, cắt chỉ.
Mặc dù khối lượng lớn nhưng cảm biến khá ổn định và dày đặc. Hoạt động với tốc độ 150 m / s2.
Tính năng thiết kế của bộ chuyển đổi
Nếu cần chế tạo cảm biến gia tốc, điều quan trọng là phải gắn chính xác các tấm cảm biến áp vào đế. Hành động này được thực hiện bằng cách hàn. Cáp phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- khả năng cách nhiệt nên cao;
- màn hình được đặt cạnh phòng khách;
- chống rung;
- linh hoạt.
Tức là không được lắc cáp ở đầu vào của bộ khuếch đại. Mạch đo được tạo đối xứng để không xảy ra hiện tượng nhiễu. Trong cảm biến, kết nối không đối xứng, điện trở của các dây dẫn và vỏ được kết nối theo cách sao cho thu được cách điện của các tấm bên ngoài. Để đạt được kết quả mong muốn, đồng hồ đo bắt buộc phải được chế tạo từ một số lẻ vật liệu được sử dụng trong quá trình này. Các phần tử được ép vào bộ khuếch đại thông qua các lỗ ở phần trung tâm và thông qua các chất cách điện được vặn vào vỏ.
Tính năng của thiết bị đo độ rung
Để tăng độ nhạy của thiết bị đo, cần sử dụng các phần tử áp điện có môđun cao. Cái nàyvật liệu được đặt song song trong một hàng và được kết nối bằng các miếng đệm và tấm kim loại. Để có tác dụng tương tự, vẫn có thể sử dụng các chất có tác dụng uốn cong. Tuy nhiên, chúng có tần số thấp và kém hơn so với cơ chế nén.
Nguyên liệu có thể là hai dạng, nó thường được thu thập theo chuỗi hoặc song song, tất cả phụ thuộc vào các trục được định vị thuận. Theo quy định, đây là hai tấm. Nếu tính đến lớp trung tính, một lớp phủ làm bằng kim loại có độ dày trung bình có thể được sử dụng thay cho phần tử áp điện.
Để đo các tín hiệu di chuyển đủ chậm, hãy làm như sau:
- bộ chuyển đổi áp điện bao gồm trong bộ dao động;
- tinh thể ở tần số cộng hưởng;
- ngay khi tải xảy ra, các chỉ số sẽ thay đổi.
Ngày nay, gia tốc kế piezo là thiết bị tiên tiến có thể có tần số cao, với độ nhạy mạnh.
Nguồn năng lượng thay thế thông qua bộ chuyển đổi
Một trong những phương tiện nổi tiếng và vô tận để tạo ra điện là năng lượng sóng. Các trạm như vậy được gắn trực tiếp trong môi trường nước. Hiện tượng này liên quan đến các tia sáng mặt trời, làm nóng khối không khí, do đó các sóng phát sinh. Trục của hiện tượng này có cường độ năng lượng, được xác định bởi sức mạnh của gió, độ rộng của mặt trước không khí, thời gian của gió giật.
Giá trị có thể dao động ở vùng nước nông hoặc đạt 100 kW trên mét. Bộ chuyển đổi năng lượng sóng áp điện hoạt động theo một nguyên lý nhất định. Mực nước dâng lên do sóng, trong quá trình này không khí bị ép ra khỏi bình. Các dòng chảy sau đó được đi qua bởi một tuabin đảo chiều. Thiết bị quay theo một hướng nhất định, bất kể chuyển động của sóng.
Thiết bị này có một đặc tính tích cực. Cho đến tận ngày nay, việc cải tiến thiết kế vẫn chưa được dự đoán trước, vì hiệu quả và nguyên lý hoạt động đã được chứng minh trên mọi phương diện hiện có. Trong quá trình tiến bộ công nghệ, các trạm nổi có thể được xây dựng.
Đầu dò áp điện siêu âm
Thiết bị này được thiết kế theo cách không yêu cầu cài đặt bổ sung. Nó được trang bị một khối bộ nhớ, cho kết quả kỹ thuật. Đề cập đến các thiết bị điều khiển và đo lường. Các thiết bị này khác nhau về loại, đặc tính kỹ thuật, được biên soạn trên cơ sở dữ liệu thiết kế và mục đích với sai số tối thiểu. Tất cả các yêu cầu đều được xem xét dựa trên thiết kế.
Đối với tất cả các thiết bị như vậy, một sơ đồ tạo tiêu chuẩn được cung cấp: máy dò khuyết tật, vỏ, các điện cực, phần tử chính được gắn chặt vào đế, lõi, giấy bạc và các vật liệu khác. Một bộ chuyển đổi áp điện siêu âm là một mô hình tiện ích. Nó cho phép bạn nhận dữ liệu trực tiếp bằng âm thanh được cài đặt trên đế của thiết bị.
Ứng dụng đầu dò Piezo
Thiết bị vớitác dụng trực tiếp được sử dụng trong các dụng cụ đo lực, áp suất, gia tốc. Chúng có mức độ thường xuyên và khắc nghiệt cao. Thiết bị có phản hồi được sử dụng trong dao động siêu âm, chuyển đổi ứng suất thành biến dạng, cân bằng. Nếu cả hai hiệu ứng được tính đến cùng một lúc, thì tùy chọn này phù hợp với các piezoresonators chuyển đổi một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác khá nhanh.
Thiết bị tích cực, được kết nối theo hướng ngược lại, hoạt động trên dao động tự động và được sử dụng trong máy phát điện. Phạm vi ứng dụng của chúng rất rộng, vì chúng có tính ổn định cao khi được tạo đúng cách. Thông thường, một số bộ cộng hưởng piezo được sử dụng để đạt được hiệu quả mong muốn và thu được thông tin chính xác.
Nhược điểm của bộ chuyển đổi
Những thiết bị này có rất nhiều khía cạnh tích cực. Tuy nhiên, chúng cũng có những đặc điểm tiêu cực:
- kháng đầu ra - tối đa;
- mạch đo và cáp phải được tạo ra dựa trên các yêu cầu và hướng dẫn nghiêm ngặt.
Tính toán của bộ biến đổi áp điện ban đầu suy ra công thức phương trình cho tần số cộng hưởng: Fp =0,24 · c ·. Độ dày tấm: h=Fpa2/ 0,24 c=35 10325 10-6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Đặc tính năng lượng được tính như sau: Wak=Wak.udS=40 4.53 10-3.
