Пьезоэлектрик трансформатор: Қолданылуы және құрылысының негізгі принциптері

Пьезоэлектрик трансдуктор дегеніміз не?

Пьезоэлектрик трансдуктор (немесе пьезоэлектрик сенсор деп те аталады) - бұл пьезоэлектрикалық эффектін пайдаланып, үдеу, басылым, деформация, температура немесе күшті өлшетін құрылғы. Бұл энергияны электр зарядына айналдыратын құрылғы.

Трансдуктор - бұл бір энергия түрін екінші энергия түріне айналдыратын құрылғы. Пьезоэлектрик материал - бұл трансдукторлардың бір түрі. Егер біз пьезоэлектрик материалды қысып, күш немесе басылым қолданамыз, онда трансдуктор бұл энергияны напряжениеге айналдырады. Бұл напряжение күш немесе басылымға байланысты болады.

Пьезоэлектрик трансдуктормен жасалған электр напряжение нәтижелерін өлшету үшін напряжение өлшеткілері арқылы оңай өлшенеді. Напряжение күш немесе басылымға байланысты болғандықтан, біз напряжение өлшемінен күш немесе басылымды анықта аламыз. Осылайша механикалық деформация немесе күшті пьезоэлектрик трансдуктор арқылы туындайтын напряжение арқылы өлшеп шығуға болады.

Пьезоэлектрик актуатор

Пьезоэлектрик актуатор пьезоэлектрик сенсордың кері тәрізді құрылғы. Электр эффекті материяны деформациялауды (ұзындықты немесе қисындықты өзгерту) жаратады.

Басқа сөзбен айтқанда, пьезоэлектрик сенсорда, күш қолданылатында, электр потенциал жасалады, ал пьезоэлектрик актуаторда, электр потенциал қолданылатында, материя деформацияланады, яғни ұзындықты немесе қисындықты өзгерту.

Пьезоэлектрик трансдуктор кварц кристалынан тұрады, ол силикон мен кислороддан тұратын кристаллық структурасы (SiO2). Дәлірек айтқанда, барлық кристалдардың бірлік клеткасы (негізгі қайталанатын бөлігі) симметриялы болады, бірақ пьезоэлектрик кварц кристалында симметриялы болмайды. Пьезоэлектрик кристалдар электрден жөнсіз.

Олардың ішіндегі атомдар симметриялы болмауы мүмкін, бірақ олардың электр зарылдары теңестірілген, яғни теріс зарылдар оң зарылдармен теңестіріледі. Кварц кристалы механикалық деформация қолданылғанда белгілі бір жазықтық бойынша электр полярлықты жасайды. Жалпы түрде, екі түрдегі деформация бар. Біреуі - созылу деформациясы, екіншісі - жығылу деформациясы.

Егер кварц кристалы деформацияланбаса, оның жағында зарылдар жасалмайды. Созылу деформациясы бар жағдайда, бір жағында оң зарылдар, басқа жағында теріс зарылдар жасалады. Кварц кристалы созылу деформациясына байланысты жұлдызданады. Жығылу деформациясы бар жағдайда, зарылдар созылу деформациясына қатысты кері жағдайда жасалады, кварц кристалы қысқартылады және қабылданады.

Пьезоэлектрик трансдуктор пьезоэлектрикалық эффектке негізделген. "Пьезоэлектрик" сөзі грек тілінен алынған, ол "қысу" немесе "басу" дегенді білдіреді. Пьезоэлектрикалық эффект - бұл механикалық деформация немесе күш қолданылғанда кварц кристалының бетінде электр зарылдары жасалатын эффект. Пьезоэлектрикалық эффект Пьер мен Жак Кюри тарабынан ашылған. Зарылдардың өсетін жылдамдығы механикалық деформацияның өсетін жылдамдығына пропорционал. Деформация үлкен болса, напряжение да үлкен болады.

Пьезоэлектрикалық эффекттің бір қасиеті - ол кері болуы, яғни нақты жазықтық бойынша кристалдың өлшемдері өзгереді. Егер кварц кристалының структурасы электр магнитное поле арқылы қойылса, ол электр магнитное поле үшін пропорционал өзгереді. Егер бірдей структура электр магнитное поле қойылса, бірақ магнитное поле қарама-қарсы бағытта болса, деформация қарама-қарсы болады.

Электр магнитное поле қолданылғанда кварц кристалы ұзарады

Электр магнитное поле қолданылғанда кварц кристалы қысқартылады. Бұл өзін-өзі жасайтын трансдуктор. Оның өзін-өзі жасау үшін электр напряжение қажет емес. Пьезоэлектрик трансдуктормен жасалған электр напряжение деформация немесе күшке линей түрде өзгереді.

Пьезоэлектрик трансдуктор өте жоғары сезімділікке ие. Сондықтан, ол сенсор ретінде қызмет етеді және акселерометрлерде өте жақсы частота жауапына байланысты қолданылады. Пьезоэлектрикалық эффект көптеген түрлерінде қолданылады, мысалы, үн, электрондық тақырыптарды жасау және анықтау. Ол сигареттік зажигалкаларда, гидролокаторларда, микрофондарда, күш, басылым және деформация өлшемдерінде қолданылады.

Пьезоэлектрик материалдардың қолданылуы

Пьезоэлектрик материалдарды қолданып, пьезоэлектрик трансдукторлар төмендегі қолданыстарда қолданылады:

1. Микрофондарда, үн басын электр сигналына айналдыру және оны соңында үнін жоғары айналдыру.

2. Автомобильдік салтада, қуатты деформацияға байланысты салтадың құлып кетуі.

3. Денсаулық диагностикасында да қолданылады.

4. Ашық кухняларда қолданылатын электр зажигалкаларда, пьезоэлектрик сенсорға басылғанда электр сигнал жасалады, ол соңында үнін жоғары айналдыру.

5. Жоғары жылдамдықтағы шоктық және взрывдық толқындарды изучу үшін қолданылады.

6. Өсімдіктің өсімдігінің өнімділігін арттыруда қолданылады.

7. Принтерлерде қолданылады.

8. Ресторанда же аэропортта адам дверьге жақын болғанда, дверь өздігінен ачылады. Бұл концепция адам дверьге жақын болғанда, датчиктерге басылым қолданылады, соңында электр эффекті пайда болады және дверь өздігінен ачылады.

Пьезоэлектрик материалдардың мысалдары

Материалдар:

1. Бариум титанаты.

2. Свинец титанаты (PZT).

3. Рочель салты.

Пьезоэлектрик ультразвукті трансдуктор

Бұл адам ауызымен естілетін жоғары дауыстық толқындарды жасайды. Вольтаж қол