Bu konvertorlar generatorlar kichik guruhiga kiradi, ular mexanik ravishda toʻplangan elektr zaryadlariga asoslangan. Natijada, quyidagi munosabatlar ajralib turadi: Q=d P. Bu holda, d - piezoelektrik modul, P esa kuch. Qoida tariqasida, material kvarts, turmalin, tavlanadigan aralashmalar, bariy, qo'rg'oshin hisoblanadi. Piezoelektrik o'zgartirgichni loyihalash uchun yuklama naqshlaridan foydalanish kerak: siqish, egilish, kesish, tortish.
To'g'ridan-to'g'ri va teskari piezoelektrik effekt
To'g'ridan-to'g'ri ta'sir quyidagilar bilan tavsiflanadi: ishlatiladigan kristall material ma'lum bir tartibda joylashtirilgan zaryadlangan ionlar tufayli panjara hosil qiladi. Jarayonda bir-biriga o'xshamaydigan zarralar almashinadi va o'zaro kompensatsiyalanadi, natijada elektr betarafligi paydo bo'ladi. Kristallar quyidagicha ko'rsatilgan xususiyatlarga ega:
- o'qga nisbatan simmetriya;
- oldingi koʻrinishni hisobga olsak, ionlar almashinadigan va kompensatsiya qiluvchi panjara paydo boʻladi.
Agar jarayonda foydalanilgan material Fx kuchiga yo’n altirilgan bo’lsa, u holdadeformatsiyalanadi, musbat va manfiy zaryadlar orasidagi masofa o'zgaradi va berilgan o'qdagi yo'nalish elektrlashtiriladi. Bularning barchasi q=d11Fx formulasida ifodalangan va kuchga mutanosibdir. Koeffitsient modda va uning holati bilan bog'liq bo'lib, uning nomi bor - piezoelektrik modul. Indekslar kuch va chekka bilan belgilanadi, lekin agar siz yo'nalishni o'zgartirsangiz, effekt boshqacha bo'ladi.
To'g'ridan-to'g'ri jarayonda piezoelektrik o'zgartirgich tashqi kuchlar ta'sirida kristallarni elektrlashtiradi. Bu ta'sir elektrchilar bo'lgan moddalar ta'sirida sodir bo'ladi. O'lchov asboblarini tayyorlash uchun sizga kvarts kristallari kerak bo'ladi. Ya'ni, piezoelektrik o'zgartirgichning ishlash printsipi quyidagicha: to'g'ridan-to'g'ri ta'sir bilan harakat mexanika orqali amalga oshiriladi va aksincha, kristallar deformatsiyalanadi.
Qoʻshimcha piezo effektlari
Plastinka X, Y oʻqlariga taʼsir qilganda kristall qutblanishi mumkin. Fy – koʻndalang, Fz hech qanday toʻlov olinmaydi. Kvars kristalli uchta koordinata o'qida joylashgan. Piezoelektrik transduserlardan foydalanish uchun ta'sirni ko'rsatadigan plastinkani kesish kerak. Unda quyidagi tavsif mavjud:
- yuqori quvvat;
- kuchlanish 108 N/m2 gacha ruxsat etilgan, shuning uchun katta o'lchash mumkin bo'lgan kuchlar mumkin;
- qattiqlik va elastiklik;
- ichida minimal ishqalanish;
- barqarorlik,bu o'zgarmaydi;
- Tayyorlangan materialning maksimal sifat omili.
Kvars plitalari faqat bosim va kuchni o'lchaydigan transduserlarda qo'llaniladi. Materialning qattiqligini hisobga olgan holda, uni qayta ishlash qiyin, shuning uchun undan oddiy shakl yaratiladi. Modul doimiy haroratda o'zgarmasdir. Agar u oshsa, unda bu holda modulda pasayish kuzatiladi. Pyezoelektrik xususiyatlar 573 daraja Selsiyda yo'qoladi.
Qurilma va oʻlchash sxemalari tavsifi
Piezoelektrik bosim o'tkazgich quyidagi tuzilishga ega:
- membrana, bu korpusning pastki qismi;
- tashqi astar tuproqli, o'rta qismi esa kvarts bilan izolyatsiyalangan;
- plitalar yuqori qarshilikka ega, parallel ulangan;
- folga va kabelning ichki yadrosi qopqoq bilan yopilgan teshikka mahkamlangan.
Chiqish quvvati minimal, bu borada katta qarshilikka ega kuchaytirgich taqdim etiladi. Asosan, kuchlanish kirish davrining sig'imiga bog'liq. Transduserning xarakteristikalari sezgirlik va sig'imni ko'rsatadi. Asosan, bu zaryad va qurilmaning o'z ko'rsatkichlari. Agar jami hisoblansa, quyidagi chiqish quvvati olinadi: Sq =q/F yoki Uxx=d11 F/Co.
Chastotalar diapazonini kengaytirish uchun o'lchangan past o'zgaruvchilarni doimiy vaqt pallasida oshirish kerak. Buni yoqish orqali qilish osonqurilma bilan parallel ravishda joylashgan kondansatörler. Biroq, bu holda, chiqish voltaji pasayadi. Ko'tarilgan qarshilik sezgirlikni yo'qotmasdan diapazonni kengaytiradi. Ammo uni oshirish uchun yaxshilangan izolyatsiya sifati va yuqori qarshilikka ega kuchaytirgichlar kerak.
Oʻlchov sxemalari tavsifi
O'ziga xos va sirt qarshiligi o'zlarini aniqlaydi va kvarts uchun asosiy komponent yuqoriroqdir, shuning uchun piezoelektrik o'tkazgich muhrlangan bo'lishi kerak. Natijada, sifati yaxshilanadi va sirt namlik va axloqsizlikdan himoyalanadi. Sensorni o'lchash sxemalari yuqori qarshilikli kuchaytirgichlar sifatida yaratilgan bo'lib, ular dala effektli tranzistorning chiqish bosqichiga va operatsion qurilmaga ega bo'lmagan inverting kuchaytirgichga asoslangan. Kirish va chiqishga kuchlanish beriladi.
Biroq, bu eskirgan piezoelektrik transduserda kamchiliklar bor edi:
- chiqish kuchlanishining sensor hajmiga bog'liqligi va sezgirligi;
- harorat sharoitlari tufayli oʻzgarib turadigan beqaror sigʻim.
Kuchli kuchaytirgichning kuchlanishi va sezgirligi ruxsat etilgan xato bilan belgilanadi, agar kiritilgan barqaror hajm C1 bilan to'ldirilgan bo'lsa. Formula: ys=(DCo + DCk)/(Co+Ck +C1). Transformatsiyadan keyin biz quyidagilarni olamiz: S=Ubx/F. Agar koeffitsient mos ravishda oshsa va bu o'zgaruvchilar ortadi. O'lchov sxemasi quyidagilar bilan tavsiflanadi:
- doimiy vaqt jadvali;
- qarshilik R kirish daromadi, sensorlar, kabellar izolyatsiyasi va R3;
- MOS tranzistorlari dala qurilmalariga qaraganda kuchliroq, lekin shovqin darajasi yuqori;
- R3 kuchlanishni barqarorlashtiradi, uning qiymati ~ 1011 Ohm sifatida hisoblanadi..
bilan aniqlanadi.
Oxirgi oʻzgaruvchini tahlil qilib, doimiy vaqt chizigʻi quyidagicha boʻlishini taxmin qilishimiz mumkin: t ≦ 1c. Bugungi kunda qurilmalar quvvat olish uchun kuchlanish kuchaytirgichli piezoelektrik sensorlardan foydalanishi mumkin.
Qurilma afzalliklari
Piezoelektrik o'tkazgich quyidagi afzalliklarga ega:
- oson konstruktiv yig'ish;
- olchamlari;
- ishonchlilik;
- mexanik kuchlanishni elektr zaryadiga aylantirish;
- tez oʻlchanadigan oʻzgaruvchilar.
Tananing ideal holatiga yaqin bo'lgan kvarts kabi materialda mexanikani elektr zaryadiga aylantirish -4 dan -6 gacha bo'lgan minimal xato bilan mumkin. Biroq, yuqori aniqlikdagi texnologiyaning rivojlanishi yo'qotishsiz aniqlikni amalga oshirish qobiliyatini yaxshiladi. Natijada, ushbu piezoelektrik o'zgartirgichlar kuchlar, bosim va boshqa elementlarni o'lchash uchun eng mos keladi, degan xulosaga kelishimiz mumkin.
PET tezlashuvi quyidagi tuzilishga ega:
- barcha materiallar titanium asosga biriktirilgan;
- ikkitasi bir vaqtning o'zida piezoelektrik elementlarni yoqdikvartsdan;
- minimal oʻlchamlar uchun moʻljallangan yuqori zichlikdagi inertial massa;
- signalni guruch folga bilan olib tashlash;
- u, o'z navbatida, lehimlangan kabelga ulangan;
- sensor taglikka vidalangan qopqoq bilan qoplangan;
- metrni ob'ektga mahkamlash uchun ipni kesib oling.
Masssaga qaramay, sensor ancha barqaror va zich. 150 m/s tezlikda ishlaydi2.
Konverterlarning dizayn xususiyatlari
Agar akselerometr datchigini yasash zarur boʻlsa, piezosensorli plitalarni poydevorga toʻgʻri ulash muhim. Ushbu harakat lehim bilan amalga oshiriladi. Kabel quyidagi talablarga javob berishi kerak:
- izolyatsiya qarshiligi yuqori bo'lishi kerak;
- ekran yashash xonasi yonida joylashgan;
- vibratsiyaga qarshi;
- moslashuvchanlik.
Ya'ni kuchaytirgichning kirish qismida simni silkitmaslik kerak. O'lchov davri nosimmetrik tarzda yaratilgan, shunda shovqin paydo bo'lmaydi. Sensorda ulanish assimetrikdir, o'tkazgichlar va korpusning qarshiligi tashqi plitalarning izolyatsiyasi olinadigan tarzda ulanadi. Istalgan natijaga erishish uchun hisoblagich jarayonda ishlatiladigan toq sonli materiallardan tayyorlanishi kerak. Elementlar kuchaytirgichga markaziy qismdagi teshiklar va korpusga vidalangan izolyatorlar orqali bosiladi.
Tebranish oʻlchash moslamalarining xususiyatlari
O'lchov moslamasining sezgirligini oshirish uchun yuqori modulli piezoelektrik elementlardan foydalanish kerak. Bumaterial bir qatorda parallel ravishda yotqiziladi va metall qistirmalari va plitalari bilan bog'lanadi. Xuddi shunday ta'sir uchun, bükme ustida ishlaydigan moddalar hali ham ishlatilishi mumkin. Biroq ular past chastotali va siqish mexanikasidan past.
Material bimorf bo'lishi mumkin, u odatda ketma-ket yoki parallel ravishda yig'iladi, barchasi ijobiy joylashgan o'qlarga bog'liq. Qoida tariqasida, bu ikkita plastinka. Neytral qatlam hisobga olinsa, piezoelektr element o'rniga o'rtacha qalinlikdagi metalldan yasalgan qoplama ishlatilishi mumkin.
Etarlicha sekin harakatlanadigan signallarni oʻlchash uchun quyidagilarni bajaring:
- piezoelektrik transduser osilatorga kiritilgan;
- kristal rezonans chastotada;
- yuk paydo boʻlishi bilan koʻrsatkichlar oʻzgaradi.
Bugungi kunda piezo akselerometrlar yuqori chastotali, sezgirligi yuqori boʻlishi mumkin boʻlgan ilgʻor qurilmalardir.
Konverterlar orqali muqobil energiya manbai
Elektr energiyasini ishlab chiqarishning mashhur va bitmas-tuganmas vositalaridan biri toʻlqin energiyasidir. Bunday stantsiyalar to'g'ridan-to'g'ri suv muhitida o'rnatiladi. Bu hodisa havo massasini isitadigan quyosh nurlari bilan bog'liq, buning natijasida to'lqinlar paydo bo'ladi. Ushbu hodisaning o'qi shamol kuchi, havo jabhalarining kengligi, shamollarning davomiyligi bilan belgilanadigan energiya intensivligiga ega.
Qiymat sayoz suvda oʻzgarishi yoki har bir metr uchun 100 kVt ga yetishi mumkin. Piezoelektrik to'lqinli energiya konvertori ma'lum bir printsipga muvofiq ishlaydi. Suv sathi to'lqin orqali ko'tariladi, bu jarayonda havo idishdan siqib chiqariladi. Keyin oqimlar teskari turbina orqali o'tkaziladi. Birlik to'lqinlar harakatidan qat'iy nazar, ma'lum bir yo'nalishda aylanadi.
Ushbu qurilma ijobiy xususiyatga ega. Bugungi kunga qadar dizaynni takomillashtirish prognoz qilinmagan, chunki samaradorlik va ishlash printsipi barcha mavjud usullar bilan tasdiqlangan. Texnologik taraqqiyot jarayonida suzuvchi stansiyalar qurilishi mumkin.
Ultrasonik piezoelektrik transduser
Ushbu qurilma qoʻshimcha sozlamalarni talab qilmaydigan tarzda ishlab chiqilgan. U xotira bloki bilan jihozlangan bo'lib, u texnik natija beradi. Nazorat va o'lchash asboblarini nazarda tutadi. Bunday qurilmalar turi, texnik xususiyatlari bo'yicha farqlanadi, ular dizayn va maqsad ma'lumotlari asosida minimal xatolar bilan tuzilgan. Barcha talablar dizayn asosida hisobga olinadi.
Barcha bunday qurilmalar uchun standart yaratish sxemasi taqdim etiladi: nuqsonlarni aniqlovchi, korpus, elektrodlar, poydevorga mahkamlangan asosiy element, yadro, folga va boshqa materiallar. Ultrasonik piezoelektrik transduser foydali modeldir. Bu qurilma bazasida oʻrnatilgan ovoz yordamida maʼlumotlarni bevosita qabul qilish imkonini beradi.
Piezo transduser ilovalari
Qurilmalar bilanto'g'ridan-to'g'ri effekt kuch, bosim, tezlanishni o'lchaydigan asboblarda qo'llaniladi. Ular yuqori chastotali va qattiqqo'llikka ega. Teskari aloqa apparati ultratovushli tebranishlarda, stressni deformatsiyaga aylantirishda, muvozanatlashda qo'llaniladi. Agar ikkala ta'sir bir vaqtning o'zida hisobga olinsa, bu variant energiyaning bir turini boshqasiga tezroq aylantiradigan piezorezonatorlar uchun javob beradi.
Musbat qurilmalar, qarama-qarshi yoʻnalishda ulangan, avtomatik tebranishlarda ishlaydi va generatorlarda qoʻllaniladi. Ularni qo'llash doirasi kengdir, chunki ular to'g'ri yaratilganda yuqori barqarorlikka ega. Ko'pincha kerakli effektga erishish va to'g'ri ma'lumotni olish uchun bir nechta piezo rezonatorlardan foydalaniladi.
Konverterlarning kamchiliklari
Bu qurilmalar juda koʻp ijobiy tomonlarga ega. Biroq, ularning salbiy xususiyatlari ham bor:
- chiqish qarshiligi - maksimal;
- oʻlchash sxemalari va kabellari qatʼiy talablar va koʻrsatmalar asosida yaratilishi kerak.
Pyezoelektrik o'zgartirgichni hisoblashda dastlab rezonans chastotasi uchun tenglama formulasi olinadi: Fp =0,24 ·c·. Plastinka qalinligi: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0,24 2900=1,257 10-3m. Energiya xarakteristikalari quyidagicha hisoblanadi: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
