Ces convertisseurs appartiennent à un sous-groupe de générateurs, ils sont basés sur des charges électriques accumulées mécaniquement. En conséquence, la relation suivante est distinguée: Q=d P. Dans ce cas, d est le module piézoélectrique et P est la force. En règle générale, le matériau est le quartz, la tourmaline, les mélanges de recuit, le baryum, le plomb. Pour concevoir un transducteur piézoélectrique, il est nécessaire d'utiliser des schémas de charge: compression, flexion, cisaillement, traction.
Effet piézoélectrique direct et inverse
L'effet direct se caractérise par ce qui suit: le matériau cristallin utilisé forme un réseau grâce aux ions chargés disposés dans un certain ordre. Dans le processus, des particules dissemblables alternent et se compensent mutuellement, ce qui entraîne une neutralité électrique. Les cristaux ont des caractéristiques indiquées comme suit:
- symétrie par rapport à l'axe;
- en considérant la vue précédente, un réseau apparaît avec des ions qui alternent et se compensent.
Si le matériau utilisé dans le processus est dirigé vers la force Fx, alors ilse déforme, la distance entre les charges positives et négatives change et la direction dans l'axe donné est électrifiée. Tout cela est exprimé dans la formule q=d11Fx et est proportionnel à la force. Le coefficient est associé à la substance et à son état, il a un nom - le module piézoélectrique. Les indices sont déterminés par la force et le tranchant, mais si vous changez de direction, l'effet sera différent.
Le transducteur piézoélectrique en procédé direct électrise les cristaux sous l'influence de forces extérieures. Cet effet se produit sous l'influence de substances qui sont des électriciens. Pour fabriquer des instruments de mesure, vous aurez besoin de cristaux de quartz. C'est-à-dire que le principe de fonctionnement du transducteur piézoélectrique est le suivant: avec un effet direct, l'action s'effectue par voie mécanique, et avec l'inverse, les cristaux se déforment.
Effets piézo supplémentaires
Le cristal peut être polarisé lorsque la plaque est soumise à des forces sur les axes X, Y. Fy – transversal, avec Fz pas de frais. Le cristal de quartz est situé sur trois axes de coordonnées. Pour utiliser des transducteurs piézoélectriques, il est nécessaire de découper une plaque qui indique l'effet. Il a la description suivante:
- haute résistance;
- tension autorisée jusqu'à 108 N/m2, donc de grandes forces mesurables sont possibles;
- rigidité et élasticité;
- friction minimale à l'intérieur;
- stabilité,qui ne change pas;
- Facteur de qualité maximal du matériau fabriqué.
Les plaques de quartz ne sont utilisées que dans les transducteurs qui mesurent la pression et la force. Compte tenu de la dureté du matériau, il est difficile à traiter, donc une forme simple est créée à partir de celui-ci. Le module est constant à température constante. S'il augmente, alors dans ce cas il y a une diminution du module. Les propriétés piézoélectriques disparaissent à 573 degrés Celsius.
Description de l'appareil et des circuits de mesure
Le transducteur de pression piézoélectrique a la structure suivante:
- membrane, qui est le fond du boîtier;
- le revêtement extérieur est mis à la terre et celui du milieu est isolé avec du quartz;
- les plaques ont une résistance élevée, connectées en parallèle;
- la feuille et l'âme interne du câble sont fixées dans un trou fermé par un couvercle.
La puissance de sortie est minimale, à cet égard, un amplificateur avec une grande résistance est fourni. Essentiellement, la tension dépend de la capacité du circuit d'entrée. Les caractéristiques du transducteur indiquent la sensibilité et la capacité. Fondamentalement, il s'agit de la charge et des indicateurs propres à l'appareil. Si elle est calculée au total, la puissance de sortie suivante sera obtenue: Sq =q/F ou Uxx=ré11 F/Co.
Pour élargir la gamme de fréquences, il est nécessaire d'augmenter les variables basses mesurées vers un circuit à temps constant. Il est facile de le faire en activantcondensateurs situés en parallèle avec l'appareil. Dans ce cas, cependant, la tension de sortie diminuera. La résistance qui a été augmentée élargira la plage sans perte de sensibilité. Mais pour l'augmenter, des qualités d'isolation améliorées et des amplificateurs avec une entrée à haute résistance sont nécessaires.
Description des circuits de mesure
La résistance spécifique et de surface déterminent leurs propres, et le composant principal pour le quartz est plus élevé, de sorte que le transducteur piézoélectrique doit être scellé. En conséquence, la qualité est améliorée et la surface est protégée de l'humidité et de la saleté. Des circuits de mesure de capteur ont été créés en tant qu'amplificateurs à haute résistance, basés sur un étage de sortie à transistor à effet de champ et un amplificateur non inverseur avec un dispositif opérationnel. La tension est fournie à l'entrée et à la sortie.
Cependant, ce transducteur piézoélectrique obsolète avait des défauts:
- dépendance de la tension de sortie et de la sensibilité par rapport au volume du capteur;
- capacité instable qui change en fonction des conditions de température.
La tension de l'amplificateur et la sensibilité sont déterminées par l'erreur tolérée, si le volume stable inclus est complété par C1. Formule: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Après transformation on obtient: S=Ubx/F. Si le coefficient augmente, respectivement, et ces variables augmentent. Le circuit de mesure est caractérisé par:
- chronologie constante;
- la résistance R est déterminée par le gain d'entrée, l'isolation des capteurs, des câbles et R3;
- Les transistors MOS sont plus puissants que les appareils de terrain mais ont un niveau de bruit élevé;
- R3 stabilise la tension, sa valeur est calculée comme ~ 1011 Ohm.
En analysant la dernière variable, on peut supposer que la ligne de temps constante est la suivante: t ≦ 1c. Les appareils d'aujourd'hui peuvent utiliser des capteurs piézoélectriques avec des amplificateurs de tension pour se recharger.
Avantages de l'appareil
Le transducteur piézoélectrique présente les avantages suivants:
- assemblage structurel facile;
- dimensions;
- fiabilité;
- conversion de la tension mécanique en charge électrique;
- variables qui peuvent être mesurées rapidement.
Dans le cas d'un matériau comme le quartz, proche de l'état idéal du corps, la transformation de la mécanique en charge électrique est possible avec une erreur minimale de -4 à -6. Cependant, le développement de la technologie de haute précision a amélioré la capacité à réaliser une précision sans perte. En conséquence, nous pouvons conclure que ces transducteurs piézoélectriques sont les plus appropriés pour mesurer les forces, la pression et d'autres éléments.
L'accélération PET a la structure suivante:
- tous les matériaux sont attachés à la base en titane;
- deux éléments piézoélectriques activés simultanémentà partir de quartz;
- masse inertielle à haute densité conçue pour des dimensions minimales;
- retrait du signal avec une feuille de laiton;
- elle, à son tour, est reliée à un câble qui est soudé;
- capteur recouvert d'un capuchon vissé dans la base;
- pour fixer le mètre sur l'objet, coupez le fil.
Malgré la masse, le capteur est assez stable et dense. Fonctionne à 150 m/s2.
Caractéristiques de conception des convertisseurs
S'il est nécessaire de fabriquer un capteur accéléromètre, il est important de fixer correctement les plaques de détection piézo à la base. Cette action est réalisée par soudure. Le câble doit répondre aux exigences suivantes:
- la résistance d'isolation doit être élevée;
- l'écran est placé à côté du salon;
- anti-vibration;
- flexibilité.
C'est-à-dire que le câble ne doit pas être secoué à l'entrée de l'amplificateur. Le circuit de mesure est créé de manière symétrique afin qu'aucune interférence ne se produise. Dans le capteur, la connexion est asymétrique, la résistance des fils et le boîtier sont connectés de manière à obtenir l'isolation des plaques extérieures. Pour obtenir le résultat souhaité, le compteur doit être fabriqué à partir d'un nombre impair de matériaux utilisés dans le processus. Les éléments sont pressés contre l'amplificateur à travers des trous dans la partie centrale et à travers des isolateurs vissés au boîtier.
Caractéristiques des appareils de mesure des vibrations
Pour augmenter la sensibilité de l'appareil de mesure, il est nécessaire d'utiliser des éléments piézoélectriques à haut module. Cettele matériau est posé en parallèle dans une rangée et relié par des joints et des plaques métalliques. Pour un effet similaire, des substances qui agissent sur la flexion peuvent toujours être utilisées. Cependant, ils sont à basse fréquence et inférieurs à la mécanique de compression.
La matière peut être bimorphe, elle est généralement collectée en série ou en parallèle, tout dépend des axes situés positivement. En règle générale, ce sont deux plaques. Si la couche neutre est prise en compte, un revêtement en métal d'épaisseur moyenne peut être utilisé à la place d'un élément piézoélectrique.
Pour mesurer des signaux qui se déplacent assez lentement, procédez comme suit:
- transducteur piézoélectrique inclus dans l'oscillateur;
- le cristal est à la fréquence de résonance;
- dès que la charge se produit, les indicateurs changeront.
Aujourd'hui, les accéléromètres piézo sont des appareils avancés qui peuvent être à haute fréquence, avec une forte sensibilité.
Source d'énergie alternative grâce aux convertisseurs
L'énergie des vagues est l'un des moyens célèbres et inépuisables de produire de l'électricité. Ces stations sont montées directement dans le milieu aquatique. Ce phénomène est associé aux rayons du soleil, qui réchauffent la masse d'air, à cause de laquelle des vagues se forment. L'axe de ce phénomène a une intensité énergétique, qui est déterminée par la force du vent, la largeur des fronts d'air, la durée des rafales.
La valeur peut fluctuer en eau peu profonde ou atteindre 100 kW par mètre. Le convertisseur piézoélectrique d'énergie ondulatoire fonctionne selon un certain principe. Le niveau d'eau monte au moyen d'une vague, dans le processus l'air est expulsé du navire. Les flux sont ensuite traversés par une turbine réversible. L'unité tourne dans une certaine direction, quel que soit le mouvement des vagues.
Cet appareil a une caractéristique positive. Jusqu'à aujourd'hui, l'amélioration de la conception n'est pas prévue, car l'efficacité et le principe de fonctionnement ont été prouvés de toutes les manières existantes. Dans le processus de progrès technologique, des stations flottantes peuvent être construites.
Transducteur piézoélectrique à ultrasons
Cet appareil est conçu de telle manière qu'il ne nécessite aucun réglage supplémentaire. Il est équipé d'un bloc mémoire, qui donne le résultat technique. Fait référence aux appareils de contrôle et de mesure. Ces appareils diffèrent par leur type, leurs caractéristiques techniques, qui sont compilées sur la base de données de conception et d'utilisation avec un minimum d'erreurs. Toutes les exigences sont prises en compte en fonction de la conception.
Pour tous ces dispositifs, un schéma de création standard est fourni: un détecteur de défauts, un boîtier, des électrodes, l'élément principal qui est fixé à la base, un noyau, une feuille et d'autres matériaux. Un transducteur piézoélectrique à ultrasons est un modèle d'utilité. Il vous permet de recevoir des données directement en utilisant le son installé sur la base de l'appareil.
Applications de transducteurs piézo
Appareils aveceffet direct sont utilisés dans les instruments qui mesurent la force, la pression, l'accélération. Ils ont un haut niveau de fréquence et de dureté. Les appareils à rétroaction sont utilisés dans les vibrations ultrasonores, la conversion de la contrainte en déformation, l'équilibrage. Si les deux effets sont pris en compte en même temps, cette option convient aux résonateurs piézoélectriques qui convertissent assez rapidement un type d'énergie en un autre.
Les appareils positifs, connectés dans le sens opposé, fonctionnent sur des oscillations automatiques et sont utilisés dans les générateurs. La portée de leur application est vaste, car ils ont une grande stabilité lorsqu'ils sont correctement créés. Souvent, plusieurs résonateurs piézo sont utilisés pour obtenir l'effet désiré et obtenir les informations correctes.
Inconvénients des convertisseurs
Ces appareils ont un grand nombre d'aspects positifs. Cependant, ils ont aussi des caractéristiques négatives:
- résistance de sortie - maximum;
- les circuits de mesure et les câbles doivent être créés en fonction d'exigences et de directives strictes.
Le calcul du transducteur piézoélectrique dérive initialement de la formule de l'équation pour la fréquence de résonance: Fp =0,24 ·c·. Épaisseur de plaque: h=Fp a2 / 0,24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3m. Les caractéristiques énergétiques sont calculées comme suit: Wak =Wak.ud S=40 4,53 10-3.
