Пиезоелектрични трансдуктор: Примени и принцип на работа

Што е пиецоелектричен трансдуктор

Пиецоелектричниот трансдуктор (познат и како пиецоелектричен сензор) е уред кој користи пиецоелектричниот ефект за мерење на промени во забрзување, притисок, деформација, температура или сила, со конвертирање на оваа енергија во електрична напона.

Трансдукторот може да биде било што што го конвертира еден облик на енергија во друг. Пиецоелектричната материја е еден вид трансдуктор. Кога ја стискаме оваа пиецоелектрична материја или аплицираме сила или притисок, трансдукторот го конвертира овој енергија во напон. Овој напон е функција од силата или притисокот аплициран на неа.

Електричниот напон произведен од пиецоелектричниот трансдуктор лесно може да се измери со инструменти за меренje на напон. Бидејќи овој напон е функција од силата или притисокот аплициран на него, можеме да заклучиме колку е бил притисокот или силата според читањето на напонот. На овој начин, физички величини како што се механички стрес или сила можат директно да се измерат со користење на пиецоелектрични трансдуктор.

Пиецоелектричен актуатор

Пиецоелектричниот актуатор се однесува на обратен начин од пиецоелектричниот сензор. Тој е онај во кој електричниот ефект ќе предизвика деформација на материјата, тоа е, продлужување или изкривување.

Ова значи дека во пиецоелектричниот сензор, кога сила се аплицира за да го протегне или изкриви, се генерира електрична потенцијална разлика, а обратно, кога на пиецоелектричниот актуатор се аплицира електрична потенцијална разлика, тој се деформира, тоа е, се протегнува или изкривува.

Пиецоелектричниот трансдуктор се состои од кристал на кварц кој е направен од силициум и кислород подредени во кристална структура (SiO2). Обично, основната повтарачка единица на сите кристали е симетрична, но во пиецоелектричниот кварц, тоа не е така. Пиецоелектричните кристали се електрично неположителни.

Атомите внатре во нив можеби не се симетрично подредени, но нивните електрични полози се балансираат, што значи дека позитивните полози ги откажуваат негативните. Кварцовиот кристал има единствена својство да генерира електрична поларност кога се аплицира механички стрес врз него по одредена рамнина. Основно, постојат два типа стресови. Еден е компресивен стрес, а другиот е тензилен стрес.

Кога нема стрес на кварцот, не се индуцираат полози на него. Во случај на компресивен стрес, позитивни полози се индуцираат на една страна, а негативни на спротивна страна. Размерите на кристалот стануваат помалку дебели и подолги поради компресивен стрес. Во случај на тензилен стрес, полозите се индуцираат на обратен начин според компресивен стрес, и кварцевиот кристал станува пократок и подебел.

Пиецоелектричниот трансдуктор е основан на принципот на пиецоелектричниот ефект. Зборот пиецоелектричен произлегува од грчкиот збор piezen, што значи да се стиска или притиска. Пиецоелектричниот ефект вели дека кога се аплицира механички стрес или сила на кварцевиот кристал, се производат електрични полози на површината на кварцевиот кристал. Пиецоелектричниот ефект е открит од Пјер и Жак Кури. Стапката на производство на полози ќе биде пропорционална на стапката на промена на механичкиот стрес аплициран на него. Колку посилен е стресот, толку посилен е напонот.

Една од единствените карактеристики на пиецоелектричниот ефект е дека е обратен, што значи дека кога се аплицира напон на нив, тие се стремат да се променат во размери врз одредена рамнина, тоа е, структурата на кварцевиот кристал е поставена во електрично поле, тоа ќе деформира кварцевиот кристал во количина пропорционална на јачината на електричното поле. Ако истата структура е поставена во електрично поле со обратна насока, деформацијата ќе биде обратна.

Кварцевиот кристал станува подолг поради аплицираното електрично поле

Кварцевиот кристал станува пократок поради аплицираното електрично поле во обратна насока.
Тоа е самогенерирачка трансдуктор. Не треба надворешен извор на напон за работа. Електричниот напон произведен од пиецоелектричниот трансдуктор линеарно варира со аплицираниот стрес или сила.

Пиецоелектричниот трансдуктор има висока осетливост. Така, тој функционира како сензор и се користи во акселерометри заради неговата одлична фреквенција на одговор. Пиецоелектричниот ефект се користи во многу примените кои вклучуваат производство и детекција на звук, електронско генерирање на фреквенции. Тој функционира како источник на запалување за цигарски зажигачи и се користи во сонар, микрофон, мерење на сила, притисок и преместување.

Примена на пиецоелектрични материјали

Со користење на пиецоелектрични материјали, пиецоелектричните трансдуктори можат да се користат во различни примените, вклучувајќи:

1. Во микрофони, притисокот од звукот се конвертира во електрична сигнал, и овој сигнал е конечено амплифициран за да се произведе поголем звук.

2. Автомобилските ремени за безбедност се заклопуваат во одговор на брза декелерација, што се прави со користење на пиецоелектричен материјал.

3. Се користи и во медицинска дијагностика.

4. Се користи во електрични зажигачи користени во кујни. Притисокот направен на пиецоелектричниот сензор креира електрична сигнал кој конечено го причинува флешот да се загори.

5. Се користат за проучување на брзи шокни валови и валови од експлозии.

6. Се користи во лечење на неплодност.

7. Се користи во принтери со мастило.

8. Се користи и во ресторанти или аеродроми кога некој дојде близу до врата и вратата автоматски се отвара. Во ова, концептот е кога некој е близу до врата, притисокот е аплициран од тежината на лицето на сензорите, што предизвикува електрична ефект и вратата се отвара автоматски.

Примери на пиецоелектрични материјали

Материјалите се:

1. Бариум титанат.

2. Левад зирконат титанат (PZT).

3. Рошеле сол.

Пиецоелектричен ултразвучен трансдуктор

Производи фреквенции кои се далеч над она што можат да се чујат со човечкото ухо. Тие се расшируваат и скратуваат брзо кога се аплицира некој напон. Обично се користат во аспиратори.

Пиецо бузер