Bu çeviricilər generatorların alt qrupuna aiddir, onlar mexaniki olaraq yığılmış elektrik yüklərinə əsaslanır. Nəticədə aşağıdakı əlaqə fərqlənir: Q=d P. Bu halda d pyezoelektrik modul, P isə qüvvədir. Bir qayda olaraq, material kvars, turmalin, tavlama qarışıqları, barium, qurğuşundur. Pyezoelektrik çeviricinin dizaynı üçün yük nümunələrindən istifadə etmək lazımdır: sıxılma, əyilmə, kəsmə, gərginlik.
Birbaşa və əks pyezoelektrik effekt
Birbaşa təsir aşağıdakılarla xarakterizə olunur: istifadə olunan kristal material müəyyən ardıcıllıqla düzülmüş yüklü ionlar hesabına qəfəs əmələ gətirir. Bu prosesdə bir-birinə bənzəməyən hissəciklər bir-birini əvəz edir və bir-birini kompensasiya edir, nəticədə elektrik neytrallığı yaranır. Kristallar aşağıdakı kimi göstərilən xüsusiyyətlərə malikdir:
- oxla bağlı simmetriya;
- əvvəlki görünüşü nəzərə alsaq, bir-birini əvəz edən və kompensasiya edən ionları olan qəfəs görünür.
Prosesdə istifadə olunan material Fx qüvvəsinə yönəlibsə, o zamandeformasiya olunur, müsbət və mənfi yüklər arasındakı məsafə dəyişir və verilən oxda istiqamət elektrikləşir. Bütün bunlar q=d11Fx düsturu ilə ifadə edilir və qüvvəyə mütənasibdir. Əmsal maddə və onun vəziyyəti ilə əlaqələndirilir, onun bir adı var - piezoelektrik modul. İndekslər güc və kənara görə müəyyən edilir, lakin istiqaməti dəyişsəniz, effekt fərqli olacaq.
Birbaşa prosesdə olan piezoelektrik çevirici xarici qüvvələrin təsiri altında kristalları elektrikləşdirir. Bu təsir elektrikçi olan maddələrin təsiri altında baş verir. Ölçmə alətləri hazırlamaq üçün kvars kristallarına ehtiyacınız olacaq. Yəni, piezoelektrik çeviricinin iş prinsipi belədir: birbaşa təsirlə hərəkət mexanika vasitəsilə həyata keçirilir, əksinə isə kristallar deformasiyaya uğrayır.
Əlavə piezo effektləri
Plitə X, Y oxları üzərində qüvvələrə məruz qaldıqda kristal qütbləşə bilər. Fy – eninə, Fz heç bir ödəniş alınmır. Kvars kristalı üç koordinat oxunda yerləşir. Pyezoelektrik çeviricilərdən istifadə etmək üçün effekti göstərən lövhəni kəsmək lazımdır. Onun aşağıdakı təsviri var:
- yüksək güc;
- 108 N/m2-ə qədər icazə verilən gərginlik, beləliklə böyük ölçülə bilən qüvvələr mümkündür;
- sərtlik və elastiklik;
- daxili minimum sürtünmə;
- sabitlik,dəyişməyən;
- İstehsal olunan materialın maksimum keyfiyyət faktoru.
Kvars lövhələri yalnız təzyiq və qüvvəni ölçən transduserlərdə istifadə olunur. Materialın sərtliyini nəzərə alaraq, onu emal etmək çətindir, ona görə də ondan sadə bir forma yaradılır. Sabit bir temperaturda modul sabitdir. Artırsa, bu halda modulda azalma var. Pyezoelektrik xüsusiyyətlər 573 dərəcə Selsidə yox olur.
Cihazın və ölçmə sxemlərinin təsviri
Piezoelektrik təzyiq çeviricisi aşağıdakı quruluşa malikdir:
- membran, hansı ki, işin alt hissəsidir;
- xarici astar torpaqlanmış, ortası isə kvarsla izolyasiya edilmişdir;
- plitələr yüksək müqavimətə malikdir, paralel bağlanır;
- folqa və kabelin daxili özəyi qapaqla bağlanmış çuxurda bərkidilir.
Çıxış gücü minimaldır, bu baxımdan böyük müqavimətə malik gücləndirici təmin edilir. Əsasən, gərginlik giriş dövrəsinin tutumundan asılıdır. Transduserin xüsusiyyətləri həssaslığı və tutumu göstərir. Əsasən, bu, şarj və cihazın öz göstəriciləridir. Əgər cəmi hesablanırsa, onda aşağıdakı çıxış gücü əldə ediləcək: Sq =q/F və ya Uxx=d11 F/Co.
Tezlik diapazonunu genişləndirmək üçün ölçülmüş aşağı dəyişənləri sabit zaman dövrəsinə doğru artırmaq lazımdır. Bunu yandırmaqla etmək asandırcihazla paralel yerləşən kondansatörlər. Ancaq bu vəziyyətdə çıxış gərginliyi azalacaq. Artan müqavimət həssaslığı itirmədən diapazonu genişləndirəcək. Lakin onu artırmaq üçün təkmilləşdirilmiş izolyasiya keyfiyyətlərinə və yüksək müqavimətli girişə malik gücləndiricilərə ehtiyac var.
Ölçmə sxemlərinin təsviri
Xüsusi və səth müqaviməti özlərini müəyyənləşdirir və kvars üçün əsas komponent daha yüksəkdir, buna görə də piezoelektrik çevirici möhürlənməlidir. Nəticədə keyfiyyət yaxşılaşdırılır və səth nəmdən və kirdən qorunur. Sensor ölçmə sxemləri yüksək müqavimətli gücləndiricilər kimi yaradılmışdır, bunlar sahə effektli tranzistor çıxış mərhələsinə və əməliyyat cihazı ilə çevrilməyən gücləndiriciyə əsaslanırdı. Giriş və çıxışa gərginlik verilir.
Lakin bu köhnəlmiş piezoelektrik çeviricinin qüsurları var idi:
- çıxış gərginliyinin və həssaslığın sensorun həcmindən asılılığı;
- temperatur şəraitinə görə dəyişən qeyri-sabit tutum.
Gücləndiricinin gərginliyi və həssaslıq, daxil edilmiş sabit həcmə C1 əlavə edilərsə, icazə verilən xəta ilə müəyyən edilir. Formula: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Transformasiyadan sonra əldə edirik: S=Ubx/F. Əmsal artarsa, müvafiq olaraq, bu dəyişənlər də artır. Ölçmə sxemi ilə xarakterizə olunur:
- sabit zaman qrafiki;
- müqavimət R giriş qazancı, sensorların, kabellərin izolyasiyası və R3;
- MOS tranzistorları sahə cihazlarından daha güclüdür, lakin yüksək səs-küy səviyyəsinə malikdir;
- R3 gərginliyi sabitləşdirir, onun dəyəri ~ 1011 Ohm kimi hesablanır.
ilə müəyyən edilir.
Son dəyişəni təhlil edərək, sabit zaman xəttinin aşağıdakı kimi olduğunu düşünə bilərik: t ≦ 1c. Bu gün cihazlar doldurmaq üçün gərginlik gücləndiriciləri olan piezoelektrik sensorlardan istifadə edə bilər.
Cihaz Üstünlükləri
Pyezoelektrik çeviricinin aşağıdakı üstünlükləri var:
- asan struktur montaj;
- ölçülər;
- etibarlılıq;
- mexaniki gərginliyin elektrik yükünə çevrilməsi;
- sürətlə ölçülə bilən dəyişənlər.
Bədənin ideal vəziyyətinə yaxın olan kvars kimi materialda mexanikanın elektrik yükünə çevrilməsi minimum -4 ilə -6 arası xəta ilə mümkündür. Bununla belə, yüksək dəqiqlikli texnologiyanın inkişafı itkisiz dəqiqliyi həyata keçirmək qabiliyyətini təkmilləşdirdi. Nəticədə belə nəticəyə gələ bilərik ki, bu piezoelektrik çeviricilər qüvvələrin, təzyiqin və digər elementlərin ölçülməsi üçün ən uyğundur.
PET sürətləndirilməsi aşağıdakı quruluşa malikdir:
- bütün materiallar titan bazaya yapışdırılıb;
- iki eyni vaxtda piezoelektrik elementləri işə saldıkvarsdan;
- minimum ölçülər üçün nəzərdə tutulmuş yüksək sıxlıqlı inertial kütlə;
- siqnalın pirinç folqa ilə çıxarılması;
- o da öz növbəsində lehimli kabelə qoşulub;
- sensor bazaya vidalanmış qapaqla örtülmüşdür;
- metri obyektə bərkitmək üçün ipi kəsin.
Kütləsinə baxmayaraq, sensor kifayət qədər sabit və sıxdır. 150 m/s sürətlə işləyir2.
Konverterlərin dizayn xüsusiyyətləri
Əgər akselerometr sensoru hazırlamaq lazımdırsa, pyezosensor plitələrin bazaya düzgün bərkidilməsi vacibdir. Bu hərəkət lehimləmə ilə həyata keçirilir. Kabel aşağıdakı tələblərə cavab verməlidir:
- izolyasiya müqaviməti yüksək olmalıdır;
- ekran qonaq otağının yanında yerləşdirilib;
- vibrasiya əleyhinə;
- çeviklik.
Yəni gücləndiricinin girişində kabel silkələnməməlidir. Ölçmə sxemi müdaxilənin baş verməməsi üçün simmetrik olaraq yaradılmışdır. Sensorda əlaqə asimmetrikdir, aparıcıların və korpusun müqaviməti xarici plitələrin izolyasiyasının əldə edildiyi şəkildə bağlanır. İstədiyiniz nəticəyə nail olmaq üçün sayğacın prosesdə istifadə olunan tək sayda materialdan hazırlanması tələb olunur. Elementlər mərkəzi hissədəki deliklər və korpusa vidalanmış izolyatorlar vasitəsilə gücləndiriciyə sıxılır.
Vibrasiya ölçmə cihazlarının xüsusiyyətləri
Ölçmə cihazının həssaslığını artırmaq üçün yüksək modullu piezoelektrik elementlərdən istifadə etmək lazımdır. Bumaterial bir sıra paralel olaraq qoyulur və metal contalar və plitələr ilə birləşdirilir. Bənzər bir təsir üçün, əyilmə üzərində işləyən maddələr hələ də istifadə edilə bilər. Bununla belə, onlar aşağı tezliklidir və sıxılma mexanikasından daha aşağıdır.
Material bimorf ola bilər, adətən ardıcıl və ya paralel olaraq yığılır, hamısı müsbət yerləşmiş oxlardan asılıdır. Bir qayda olaraq, bunlar iki boşqabdır. Neytral təbəqə nəzərə alınarsa, piezoelektrik elementin əvəzinə orta qalınlığa malik metaldan hazırlanmış örtük istifadə edilə bilər.
Kifayət qədər yavaş hərəkət edən siqnalları ölçmək üçün aşağıdakıları edin:
- piezoelektrik çevirici osilatora daxildir;
- kristal rezonans tezliyindədir;
- yük yaranan kimi göstəricilər dəyişəcək.
Bu gün piezo akselerometrlər yüksək tezlikli, güclü həssaslıqla inkişaf etmiş cihazlardır.
Konverterlər vasitəsilə alternativ enerji mənbəyi
Elektrik istehsalının məşhur və tükənməz vasitələrindən biri dalğa enerjisidir. Belə stansiyalar birbaşa su mühitində quraşdırılır. Bu fenomen hava kütləsini qızdıran günəş şüaları ilə əlaqələndirilir, bunun nəticəsində dalğalar yaranır. Bu fenomenin şaftı küləyin gücü, hava cəbhələrinin eni, küləklərin müddəti ilə müəyyən edilən enerji intensivliyinə malikdir.
Dəyər dayaz suda dəyişə bilər və ya hər metr üçün 100 kVta çata bilər. Pyezoelektrik dalğa enerjisi çeviricisi müəyyən bir prinsipə uyğun işləyir. Dalğa vasitəsilə suyun səviyyəsi yüksəlir, bu prosesdə hava gəmidən sıxılır. Sonra axınlar geriyə dönən turbin vasitəsilə keçirilir. Vahid dalğaların hərəkətindən asılı olmayaraq müəyyən istiqamətdə fırlanır.
Bu cihazın müsbət xüsusiyyəti var. Bu günə qədər dizaynın təkmilləşdirilməsi proqnozlaşdırılmır, çünki səmərəliliyi və iş prinsipi bütün mövcud yollarla sübut edilmişdir. Texnoloji tərəqqi prosesində üzən stansiyalar tikilə bilər.
Ultrasəs piezoelektrik çevirici
Bu cihaz elə tərtib edilib ki, əlavə parametrlər tələb etmir. Texniki nəticə verən yaddaş bloku ilə təchiz olunub. Nəzarət və ölçü cihazlarına aiddir. Bu cür cihazlar dizayn və təyinat məlumatları əsasında minimal səhvlərlə tərtib edilən tip, texniki xüsusiyyətləri ilə fərqlənir. Bütün tələblər dizayn əsasında nəzərə alınır.
Bütün bu cür cihazlar üçün standart yaratma sxemi təqdim olunur: qüsur detektoru, korpus, elektrodlar, bazaya bərkidilmiş əsas element, nüvə, folqa və digər materiallar. Ultrasonik piezoelektrik çevirici faydalı modeldir. Bu, cihazın bazasında quraşdırılmış səsdən istifadə edərək birbaşa məlumat qəbul etməyə imkan verir.
Piezo çevirici tətbiqləri
Cihazlarbirbaşa təsir gücü, təzyiqi, sürətlənməni ölçən alətlərdə istifadə olunur. Onlar yüksək tezlik və sərtliyə malikdirlər. Geribildirimli aparat ultrasəs vibrasiyasında, gərginliyin deformasiyaya çevrilməsində, balanslaşdırılmasında istifadə olunur. Hər iki təsir eyni vaxtda nəzərə alınırsa, bu seçim bir növ enerjini digərinə tez çevirən piezorezonatorlar üçün uyğundur.
Tərs istiqamətdə qoşulmuş müsbət qurğular avtomatik rəqslər üzərində işləyir və generatorlarda istifadə olunur. Onların tətbiq dairəsi genişdir, çünki düzgün yaradıldıqda yüksək sabitliyə malikdirlər. Çox vaxt istənilən effekti əldə etmək və düzgün məlumat əldə etmək üçün bir neçə piezo rezonatordan istifadə edilir.
Konverterlərin çatışmazlıqları
Bu cihazların çoxlu sayda müsbət cəhətləri var. Bununla belə, onların mənfi xüsusiyyətləri də var:
- çıxış müqaviməti - maksimum;
- ölçmə sxemləri və kabellər ciddi tələblər və təlimatlar əsasında yaradılmalıdır.
Pyezoelektrik çeviricinin hesablanması ilkin olaraq rezonans tezliyi üçün tənlik düsturunu əldə edir: Fp =0,24 ·c·. Plitənin qalınlığı: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Enerji xüsusiyyətləri aşağıdakı kimi hesablanır: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
