Piezoelektiese Omskakelaar: Toepassings & Werkprinsipe
Wat is 'n piezoelektriese transduser
'n piezoelektriese transduser (ook bekend as 'n piezoelektriese sensor) is 'n toestel wat die piezoelektriese effek gebruik om veranderinge in versnelling, druk, spande, temperatuur of krag te meet deur hierdie energie om te skakel na 'n elektriese lading.
'n transduser kan enigiets wees wat een vorm van energie na 'n ander omskakel. Die piezoelektriese materiaal is een tipe transduser. Wanneer ons hierdie piezoelektriese materiaal druk of enige krag of druk aanbring, omskakel die transduser hierdie energie na spanning. Hierdie spanning is 'n funksie van die krag of druk wat daaraan aangebring word.
Die elektriese spanning wat deur 'n piezoelektriese transduser geproduseer word, kan maklik gemeet word deur die spanning meetinstrumente. Aangesien hierdie spanning 'n funksie sal wees van die krag of druk wat daarop aangebring word, kan ons aflei watter krag/druk dit was deur die spanning-leesing. Op hierdie manier kan fisiese groothede soos meganiese spanning of krag direk gemeet word deur 'n piezoelektriese transduser te gebruik.
Piezoelektriese aktuator
'n Piezoelektriese aktuator gedra in die teenoorgestelde manier van die piezoelektriese sensor. Dit is die een waarin die elektriese effek die materiaal laat vervorm, d.w.s. uitrek of buig.
Dit beteken dat in 'n piezoelektriese sensor, wanneer krag aangebring word om dit uit te rek of te buig, 'n elektriese potensiaal gegenereer word, en in teenoorgestelde geval, wanneer op 'n piezoelektriese aktuator, 'n elektriese potensiaal aangebring word, dit vervorm, d.w.s. uitrek of buig.
'n Piezoelektriese transduser bestaan uit kwartskristal wat gemaak is van silikon en suurstof in 'n kristalliene struktuur (SiO2). In die algemeen is die eenheidself (basiese herhalende eenheid) van alle kristalle simmetries, maar in piezoelektriese kwartskristal is dit nie. Piezoelektriese kristalle is elektries neutraal.
Die atome binne hulle mag nie simmetries gearrangeer wees, maar hul elektriese lae is gebalanseerd, wat beteken positiewe lae kanselleer negatiewe lae. Die kwartskristal het die unieke eienskap om elektriese polariteit te genereer wanneer meganiese spanning daarop aangebring word langs 'n sekere vlak. Basies gesproke, is daar twee tipes spanning. Een is kompresiestres en die ander is trekspanning.
Wanneer daar ongestresde kwarts is, word geen lae daarop geïnduseer nie. In die geval van kompresiestres, word positiewe lae op een kant geïnduseer en negatiewe lae op die teenoorgestelde kant. Die kristal grootte word dunner en langer as gevolg van kompresiestres. In die geval van trekspanning, word lae in teenoorgestelde rigting geïnduseer vergelyk met kompresiestres en die kwartskristal word korter en dikker.
'n Piezoelektriese transduser is gebaseer op die beginsel van die piezoelektriese effek. Die woord piezoelektries is afgelei van die Griekse woord piezen, wat beteken om te druk of te pers. Die piezoelektriese effek stel dat wanneer meganiese spanning of krag aangebring word op kwartskristal, elektriese lae op die kwartskristal oppervlak geproduseer word. Die piezoelektriese effek is ontdek deur Pierre en Jacques Curie. Die tempo van lae wat geproduseer word, sal proporsioneel wees aan die tempo van verandering van meganiese spanning wat daarop aangebring word. Hoe hoër die spanning, hoe hoër die spanning.
Een van die unieke kenmerke van die piezoelektriese effek is dat dit omkeerbaar is, wat beteken dat wanneer spanning aangebring word, dit geneig is om dimensies te verander langs 'n sekere vlak, d.w.s. wanneer die kwartskristalstruktuur in 'n elektriese veld geplaas word, sal dit die kwartskristal vervorm deur 'n hoeveelheid wat proporsioneel is aan die sterkte van die elektriese veld. As dieselfde struktuur in 'n elektriese veld met die rigting van die veld omgekeer geplaas word, sal die vervorming die teenoorgestelde wees.
Kwartskristal word langer as gevolg van die toegepasde elektriese veld
Kwartskristal word korter as gevolg van die toegepasde elektriese veld in omgekeerde rigting.
Dit is 'n self-genererende transduser. Dit benodig nie 'n eksterne elektriese spanningbron vir bedryf nie. Die elektriese spanning wat deur die piezoelektriese transduser geproduseer word, varieer lineêr met toegepaste spanning of krag.
Die piezoelektriese transduser het hoë sensitiviteit. So, dit werk as 'n sensor en word in 'n versneller gebruik as gevolg van sy uitstekende frekwensie van reaksie. Die piezoelektriese effek word in baie toepassings gebruik wat die produsie en deteksie van klank, elektroniese frekwensie generering behels. Dit werk as 'n ontstekingbron vir sigaretvlamsteeker en word in sonar, mikrofoon, krag, druk, en verskuifingsmeting gebruik.
Toepassing van piezoelektriese materiale
Deur piezoelektriese materiale te gebruik, kan piezoelektriese transducers in 'n verskeidenheid toepassings gebruik word, insluitend:
In mikrofone, word die klankdruk omgeskakel na 'n elektriese sein en hierdie sein word uiteindelik versterk om 'n luider klank te produseer.
Motorvoertuig veiligheidsgordels sluit in reaksie op 'n vinnige vertraag word ook deur 'n piezoelektriese materiaal gedoen.
Dit word ook in mediese diagnostiek gebruik.
Dit word in elektriese aanstekers gebruik in kombuisse. Die druk wat op 'n piezoelektriese sensor aangebring word, skep 'n elektriese sein wat uiteindelik die vonk laat brand.
Hulle word gebruik vir die studie van hoëspoedskokgolwe en ontploffingsgolwe.
Gebruik in vrugbaarheidbehandeling.
Gebruik in inkjetdrukkers.
Dit word ook in restaurante of lughawens gebruik waar wanneer 'n persoon naby die deur stap en die deur outomaties oopgaan. In hierdie geval word die konsep gebruik dat wanneer 'n persoon naby die deur is, druk uitgeoefen word deur die persoon se gewig op die sensore, waardoor die elektriese effek geproduseer word en die deur outomaties oopgaan.
Voorbeelde van piezoelektriese materiaal
Die materiale is :
Barium titanate.
Lead zirkonaat titanate (PZT).
Rochelle sout.
Die piezoelektriese ultrasoniese transduser
Dit produseer frekwensies wat ver bo daardie wat deur die menslike oor gehoor kan word. Dit strek en perse vinnig wanneer dit blootgestel word aan enige spanning. Dit word tipies in 'n stofsuiger gebruik.
Piezo-buzzer
'n Buzzer is enigiets wat klank produseer. Hulle word aangedryf deur 'n osilleerende elektroniese sirkel. 'n Piezoelektriese element kan aangedryf word deur 'n osilleerende elektroniese sirkel of 'n ander audio-seintoevoer, aangedryf met 'n piezoelektriese audio-versterker. 'n Blink, 'n ring, of 'n beep is algemeen gebruik om aan te dui dat 'n knoppie ingedruk is.
