Apa itu Transduser Piezoelektrik? Diagram Litar, Kerja dan Aplikasi

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita menghadapi pelbagai situasi di mana kita harus mengukur kuantiti fizikal seperti tekanan mekanikal yang dikenakan pada logam, tahap suhu, tahap tekanan dan lain-lain ... Untuk semua aplikasi ini kita memerlukan alat yang dapat mengukur jumlah yang tidak diketahui ini dalam unit dan penentukuran yang biasa kita ketahui. Salah satu peranti yang paling berguna bagi kami adalah PENGANGKUTAN . Transduser adalah alat elektrik yang dapat menukar sebarang jenis kuantiti fizikal dalam bentuk kuantiti elektrik berkadar sama ada sebagai voltan atau arus elektrik . Dari kumpulan besar pelbagai jenis transduser, artikel ini bertujuan untuk menerangkan tentang transduser piezoelektrik .

Apa itu Piezoelectric Transducer?

The definisi transduser Piezoelektrik adalah transduser elektrik yang boleh menukar sebarang bentuk kuantiti fizikal menjadi isyarat elektrik , yang boleh digunakan untuk pengukuran. Transduser elektrik yang menggunakan sifat bahan piezoelektrik untuk penukaran kuantiti fizikal menjadi isyarat elektrik dikenali sebagai transduser piezoelektrik.




Transduser Piezoelektrik

Transduser Piezoelektrik

Bahan-bahan piezoelektrik menunjukkan harta tanah piezoelektrik , menurut penerapan sebarang jenis tekanan mekanikal atau regangan menyebabkan penghasilan voltan elektrik setanding dengan tegasan yang dikenakan. Voltan elektrik yang dihasilkan ini dapat diukur dengan menggunakan voltan alat pengukur untuk mengira nilai tegasan atau regangan yang dikenakan pada bahan.



Jenis Bahan Piezoelektrik

Beberapa jenis bahan piezoelektrik adalah:

Yang Terdapat Secara Semula Jadi: Kuarza, garam Rochelle, Topaz, kumpulan mineral Tourmaline, dan beberapa bahan organik seperti sutera, kayu, enamel, tulang, rambut, getah, dentin. Mengilang secara buatan bahan piezoelektrik ialah Polyvinylidene difluoride, PVDF atau PVF2, Barium titanate, Lead titanate, Lead zirconate titanate (PZT), Potassium niobate, Lithium niobate, Lithium tantalate, dan lain-lain seramik piezoelektrik bebas plumbum.

Tidak semua bahan piezoelektrik dapat digunakan di transduser piezoelektrik . Terdapat syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi oleh bahan piezoelektrik untuk digunakan sebagai transduser. Bahan yang digunakan untuk tujuan pengukuran harus mempunyai kestabilan frekuensi, nilai keluaran tinggi, tidak sensitif terhadap keadaan suhu dan kelembapan yang melampau dan yang boleh didapati dalam pelbagai bentuk atau harus fleksibel untuk dihasilkan ke dalam pelbagai bentuk tanpa mengganggu sifatnya.


Malangnya, tidak ada bahan piezoelektrik yang mempunyai semua sifat ini. Kuarza adalah kristal yang sangat stabil yang secara semula jadi tersedia tetapi mempunyai tahap output yang kecil. Parameter yang perlahan-lahan boleh diukur dengan kuarza. Garam Rochelle memberikan nilai output tertinggi tetapi sensitif terhadap keadaan persekitaran dan tidak dapat dikendalikan di atas 1150F.

Transduser Piezoelektrik berfungsi

Transduser Piezoelektrik berfungsi dengan prinsip piezoelectricity. Muka bahan piezoelektrik, kuarza biasa, dilapisi dengan lapisan nipis bahan pengalir seperti perak. Apabila tekanan telah berlaku ion dalam bahan bergerak ke arah salah satu permukaan pengalir sambil menjauh dari yang lain. Ini menghasilkan penjanaan caj. Caj ini digunakan untuk penentukuran tekanan. Polariti cas yang dihasilkan bergantung pada arah tegasan yang dikenakan. Tekanan boleh digunakan dalam dua bentuk seperti C tekanan tekanan dan Tekanan tegangan seperti yang ditunjukkan di bawah.

Kerja Transduser Piezoelektrik

Kerja Transduser Piezoelektrik

Formula Transduser Piezoelektrik

Orientasi kristal juga mempengaruhi jumlah voltan yang dihasilkan. Kristal dalam transduser boleh disusun dalam kedudukan membujur atau kedudukan melintang .

Formula Transduser Piezoelektrik

Formula Transduser Piezoelektrik

Kesan Longitudinal dan Melintang

Dalam kesan membujur, cas yang dihasilkan diberikan oleh

Q = F * d

Di mana F adalah daya yang digunakan, d adalah pekali kristal piezoelektrik.

Pekali piezoelektrik d kristal kuarza adalah sekitar 2.3 * 10-12C / N.

Dalam kesan melintang, cas yang dihasilkan diberikan oleh

Q = F * d * (b / a)

Apabila nisbah b / a lebih besar daripada 1, cas yang dihasilkan oleh susunan melintang akan lebih besar daripada jumlah yang dihasilkan oleh susunan membujur.

Litar Transduser Piezoelektrik

Kerja transduser piezoelektrik asas dapat dijelaskan oleh gambar di bawah.

Litar Transduser Piezoelektrik

Litar Transduser Piezoelektrik

Di sini kristal kuarza yang dilapisi perak digunakan sebagai sensor untuk menghasilkan voltan semasa tekanan dikenakan padanya. Penguat cas digunakan untuk mengukur cas yang dihasilkan tanpa pembuangan. Untuk menarik arus yang sangat rendah, rintangan R1 sangat tinggi. Kapasiti wayar plumbum yang menghubungkan transduser dan sensor piezoelektrik juga mempengaruhi penentukuran. Jadi penguat cas biasanya diletakkan sangat dekat dengan sensor.

Oleh itu, dalam transduser piezoelektrik ketika tegasan mekanikal digunakan voltan elektrik berkadar yang diperkuat menggunakan penguat cas dan digunakan untuk penentukuran tegasan yang dikenakan.

Transduser Ultrasonik Piezoelektrik

Transduser piezoelektrik ultrasonik berfungsi berdasarkan prinsip sebaliknya kesan piezoelektrik . Dalam kesan ini apabila elektrik digunakan pada bahan piezoelektrik, ia mengalami ubah bentuk fizikal berbanding dengan cas terpakai. Litar transduser ultrasonik diberikan di bawah.

Transduser Piezoelektrik Ultrasonik

Transduser Piezoelektrik Ultrasonik

Di sini, kristal kuarza diletakkan di antara dua plat logam A dan B yang disambungkan ke L3 utama pengubah. Primer transformer digabungkan secara induktif ke pengayun elektronik . Gegelung L1 dan L2, yang membentuk sekunder pengubah, disambungkan ke pengayun elektronik.

Apabila bateri dihidupkan, pengayun menghasilkan denyut voltan bergantian frekuensi tinggi dengan frekuensi f = 1 ÷ (2π√L1C1). Oleh kerana itu, e.m.f disebabkan oleh L3 yang dipindahkan ke kristal kuarza melalui plat A dan B. Oleh kerana kesan piezoelektrik sebaliknya, kristal mula menguncup dan mengembang secara alternatif sehingga mewujudkan getaran mekanikal.

Resonans berlaku apabila frekuensi pengayun elektronik sama dengan kekerapan semula jadi kuarza. Pada ketika ini, kuarza menghasilkan gelombang ultrasonik membujur amplitud besar.

Aplikasi Transduser Piezoelektrik

  • Oleh kerana bahan piezoelektrik tidak dapat mengukur nilai statik, bahan ini terutama digunakan untuk mengukur kekasaran permukaan, dalam pecutan dan sebagai getaran.
  • Mereka digunakan dalam seismograf untuk mengukur getaran pada roket.
  • Dalam pengukur regangan untuk mengukur daya, tekanan, getaran dan lain-lain ...
  • Digunakan oleh industri automotif untuk mengukur letupan pada enjin.
  • Ini digunakan dalam pengimejan ultrasonik dalam aplikasi perubatan.

Kelebihan dan Batasan Transduser Piezoelektrik

Kelebihan dan had transduser piezoelektrik merangkumi yang berikut.

Kelebihan

  • Ini adalah transduser aktif, iaitu tidak memerlukan kuasa luaran untuk bekerja dan oleh itu menghasilkan sendiri.
  • Tindak balas frekuensi tinggi transduser ini membuat pilihan yang baik untuk pelbagai aplikasi.

Batasan

  • Suhu dan keadaan persekitaran boleh mempengaruhi tingkah laku transduser.
  • Mereka hanya dapat mengukur perubahan tekanan sehingga tidak berguna ketika mengukur parameter statik.

Oleh itu, ini semua berkaitan Transduser Piezoelektrik , Prinsip Kerja, Formula, Litar dengan Bekerja, Kelebihan, Batasan, dan juga Aplikasi. Dari maklumat di atas, terdapat pelbagai aplikasi transduser Piezoelektrik seperti yang telah kita bincangkan. Untuk aplikasi manakah anda menggunakan transduser piezoelektrik? Bagaimana pengalaman anda?