Pjezoelektrični pretvarivač: Primjene i načelo rada
Što je piezoelektrični prenosnik
Piezoelektrični prenosnik (poznat i kao piezoelektrični senzor) je uređaj koji koristi piezoelektrični efekt za mjerenje promjena u akceleraciji, tlaku, deformaciji, temperaturi ili sili pretvarajući tu energiju u električnu napetost.
Prenosnik može biti bilo što što pretvara jednu formu energije u drugu. Piezoelektrični materijal je jedan od prenosnika. Kada stisnemo ovaj piezoelektrični materijal ili primijenimo bilo koju silu ili tlak, prenosnik pretvara tu energiju u napetost. Ova napetost je funkcija sile ili tlaka koji su na njega primijenjeni.
Električna napetost proizvedena piezoelektričnim prenosnikom lako se može mjeriti pomoću instrumenata za mjerenje napetosti. Budući da će ova napetost biti funkcija sile ili tlaka koji su na njega primijenjeni, možemo zaključiti kolika je bila sila/tlak prema čitanju napetosti. Na taj način, fizičke količine poput mehaničkog stresa ili sile mogu se izravno mjeriti korištenjem piezoelektričnog prenosnika.
Piezoelektrični aktuator
Piezoelektrični aktuator ponaša se obrnutim načinom od piezoelektričnog senzora. On je onaj u kojem električni efekt uzrokovat će deformaciju materijala, to jest, istegnuće ili savijanje.
To znači da u piezoelektričnom senzoru, kada se sila primijeni kako bi se istegao ili savio, generira se električni potencijal, a obrnuto, kada se na piezoelektrični aktuator primijeni električni potencijal, deformira se, to jest, istegne ili se savije.
Piezoelektrični prenosnik sastoji se od kristala kvartza koji je napravljen od kisikovog sirovca raspoređenog u kristalnu strukturu (SiO2). Općenito, osnovna jedinica (osnovna ponavljajuća jedinica) svih kristala je simetrična, ali u piezoelektričnom kristalu kvartza, to nije slučaj. Piezoelektrični kristali su električno neutralni.
Atomi unutar njih možda nisu simetrično raspoređeni, ali njihove električne napetosti su uravnotežene, što znači da pozitivne napetosti poništavaju negativne. Kristal kvartza ima jedinstvenu osobinu generiranja električne polarnosti kada mu se mehanički stres primijeni duž određene ravnine. U osnovi, postoje dvije vrste stresa. Jedna je kompresivni stres, a druga je tenzilni stres.
Kada je kvarc neopterećen, na njemu se ne induciraju nikakve napetosti. U slučaju kompresivnog stresa, pozitivne napetosti induciraju se na jednoj strani, a negativne na suprotnej strani. Veličina kristala postaje tanja i duža zbog kompresivnog stresa. U slučaju tenzilnog stresa, napetosti se induciraju obrnutim smjerom u usporedbi s kompresivnim stresom, a kristal kvartza postaje kraći i deblji.
Piezoelektrični prenosnik temelji se na principu piezoelektričnog efekta. Riječ piezoelektrični proizlazi od grčke riječi piezen, što znači stisnuti ili pritisnuti. Piezoelektrični efekt kaže da kada se mehanički stres ili sile primijene na kristal kvartza, proizvode se električne napetosti na površini kristala kvartza. Piezoelektrični efekt otkrili su Pierre i Jacques Curie. Brzina proizvodnje napetosti bit će proporcionalna brzini promjene mehaničkog stresa primijenjenog na njega. Više će biti stresa, veća će biti napetost.
Jedna od jedinstvenih karakteristika piezoelektričnog efekta jest da je reverzibilan, što znači da kada se napetost primijeni na njih, ti se materijali mijenjaju dimenzijama duž određene ravnine, to jest, ako se struktura kristala kvartza postavi u električno polje, ona će deformirati kristal kvartza proporcionalno snazi električnog polja. Ako se ista struktura postavi u električno polje s obrnutim smjerom polja, deformacija će biti suprotna.
Kristal kvartza postaje duži zbog primijenjenog električnog polja
Kristal kvartza postaje kraći zbog primijenjenog električnog polja u obrnutom smjeru.
To je samogenerirajući prenosnik. Ne zahtijeva vanjski izvor električne napetosti za rad. Električna napetost proizvedena piezoelektričnim prenosnikom linearno varira s primijenjenim stresom ili silom.
Piezoelektrični prenosnik ima visoku osjetljivost. Stoga, djeluje kao senzor i koristi se u akcelerometrima zbog svoje odlične frekvencijske odgovornosti. Piezoelektrični efekt koristi se u mnogim aplikacijama koje uključuju proizvodnju i detekciju zvuka, elektroničku generaciju frekvencija. Djeluje kao izvor zapaljiva za cigarete i koristi se u sonaru, mikrofonima, mjerenju sile, tlaka i pomaka
Primjena piezoelektričnih materijala
Korištenjem piezoelektričnih materijala, piezoelektrični prenosnici mogu se koristiti u raznim aplikacijama, uključujući:
U mikrofonom, zvučni tlak se pretvara u električni signal, a taj signal se konačno pojačava kako bi se proizveo glasniji zvuk.
Automobilske sigurnosne pojaseve zaključavaju u odgovoru na brzu dekeleraciju, što se također radi pomoću piezoelektričnog materijala.
Također se koristi u medicinskoj dijagnostici.
Koristi se u električnim zapaljivima koji se koriste u kuhinjama. Tlak nanet na piezoelektrični senzor stvara električni signal koji konačno dovodi do ispaljivanja plamene.
Koriste se za studije brzih udarnih valova i eksplozivnih valova.
Koriste se u liječenju neplodnosti.
Koriste se u inkjet tiskaljicama
Također se koriste u restoranima ili aerodromima gdje, kada osoba stane blizu vrata, vrata se automatski otvore. U ovom konceptu, kada osoba stane blizu vrata, nanosi se tlak težine osobe na senzore, što dovodi do proizvodnje električnog efekta, a vrata se automatski otvaraju.
Primjeri piezoelektričnih materijala
Materijali su :
Barijev titanat.
Plumban zirkonat titanat (PZT).
Rochelle so.
Piezoelektrični ultrazvučni prenosnik
Proizvodi frekvencije koje su daleko iznad one koju može čuti ljudsko uho. Brzo se širi i skuplja kada je podložen bilo kojoj napetosti. Obično se koristi u vakuum čistačima.
Piezo buzzer
Buzzer je bilo što što proizvodi zvuk. Pokreću ih oscilirajući elektronički krug. Piezoelektrični element može se pokretati oscilirajućim elektroničkim krugom ili drugim izvorom zvučnog signala, pokrećući ga piezoelektričnim audio pojačalo. Blik, zvon, ili bip su često korišteni zvukovi kako bi se označilo da je dugme pritisnuto.
Piezoelektrični buzzer (ili piezoelektrični beeper
