ეს გადამყვანები მიეკუთვნება გენერატორების ქვეჯგუფს, ისინი დაფუძნებულია მექანიკურად დაგროვილ ელექტრო მუხტებზე. შედეგად, განასხვავებენ შემდეგ ურთიერთობას: Q=d P. ამ შემთხვევაში, d არის პიეზოელექტრული მოდული, ხოლო P არის ძალა. როგორც წესი, მასალაა კვარცი, ტურმალინი, ანეილირებადი ნარევები, ბარიუმი, ტყვია. პიეზოელექტრული გადამყვანის შესაქმნელად საჭიროა დატვირთვის შაბლონების გამოყენება: შეკუმშვა, ღუნა, ათვლა, დაჭიმულობა.
პირდაპირი და საპირისპირო პიეზოელექტრული ეფექტი
პირდაპირი ეფექტი ხასიათდება შემდეგით: გამოყენებული კრისტალური მასალა ქმნის გისოსებს გარკვეული თანმიმდევრობით დალაგებული დამუხტული იონების გამო. ამ პროცესში, განსხვავებული ნაწილაკები მონაცვლეობენ და ურთიერთკომპენსირებენ, რაც იწვევს ელექტრო ნეიტრალიტეტს. კრისტალებს აქვთ თვისებები, რომლებიც მითითებულია შემდეგნაირად:
- სიმეტრია ღერძის მიმართ;
- წინა ხედის გათვალისწინებით, ჩნდება გისოსი იონებით, რომლებიც ერთმანეთს ენაცვლებიან და კომპენსირებენ.
თუ პროცესში გამოყენებული მასალა მიმართულია Fx ძალაზე, მაშინ ისდეფორმირებულია, იცვლება დადებით და უარყოფით მუხტს შორის მანძილი და მოცემულ ღერძში მიმართულება ელექტრიფიცირებულია. ეს ყველაფერი გამოიხატება ფორმულით q=d11Fx და ძალის პროპორციულია. კოეფიციენტი ასოცირდება ნივთიერებასთან და მის მდგომარეობასთან, მას აქვს სახელი - პიეზოელექტრული მოდული. ინდექსები განისაზღვრება სიძლიერითა და კიდით, მაგრამ თუ მიმართულებას შეცვლით, ეფექტი განსხვავებული იქნება.
პირდაპირი პროცესში პიეზოელექტრული გადამცემი ელექტრიფიცირებს კრისტალებს გარე ძალების გავლენის ქვეშ. ეს ეფექტი ხდება ნივთიერებების გავლენის ქვეშ, რომლებიც ელექტრიკოსები არიან. საზომი ხელსაწყოების დასამზადებლად დაგჭირდებათ კვარცის კრისტალები. ანუ, პიეზოელექტრული გადამყვანის მოქმედების პრინციპი ასეთია: პირდაპირი მოქმედებით მოქმედება ხორციელდება მექანიკის საშუალებით, უკუსვლით კი კრისტალები დეფორმირდება.
დამატებითი პიეზოეფექტები
კრისტალი შეიძლება იყოს პოლარიზებული, როდესაც ფირფიტა ექვემდებარება ძალებს X, Y ღერძებზე. Fy - განივი, Fz არ წარმოიქმნება გადასახადი. კვარცის კრისტალი მდებარეობს სამ კოორდინატულ ღერძზე. პიეზოელექტრული გადამყვანების გამოსაყენებლად აუცილებელია ფირფიტის მოჭრა, რომელიც მიუთითებს ეფექტზე. მას აქვს შემდეგი აღწერა:
- მაღალი სიმტკიცე;
- ძაბვა 10-მდე 8 N/მ2, ამიტომ შესაძლებელია დიდი გაზომვადი ძალები;
- სიმტკიცე და ელასტიურობა;
- მინიმალური ხახუნი შიგნით;
- სტაბილურობა,რომელიც არ იცვლება;
- დამზადებული მასალის მაქსიმალური ხარისხის ფაქტორი.
ნებადართულია
კვარცის ფირფიტები გამოიყენება მხოლოდ გადამყვანებში, რომლებიც ზომავენ წნევას და ძალას. მასალის სიმტკიცედან გამომდინარე, მისი დამუშავება რთულია, ამიტომ მისგან მარტივი ფორმა იქმნება. მოდული მუდმივია მუდმივ ტემპერატურაზე. თუ ის იზრდება, მაშინ ამ შემთხვევაში მოდულის შემცირება ხდება. პიეზოელექტრული თვისებები ქრება 573 გრადუს ცელსიუსზე.
მოწყობილობისა და საზომი სქემების აღწერა
პიეზოელექტრული წნევის გადამყვანს აქვს შემდეგი სტრუქტურა:
- მემბრანა, რომელიც არის კორპუსის ქვედა ნაწილი;
- გარე საფარი დამიწებულია, ხოლო შუა იზოლირებულია კვარცით;
- ფირფიტებს აქვთ მაღალი წინააღმდეგობა, დაკავშირებულია პარალელურად;
- ფოლგა და კაბელის შიდა ბირთვი დამაგრებულია სახურავით დახურულ ხვრელში.
გამომავალი სიმძლავრე მინიმალურია, ამასთან დაკავშირებით უზრუნველყოფილია დიდი წინააღმდეგობის გამაძლიერებელი. არსებითად, ძაბვა დამოკიდებულია შეყვანის მიკროსქემის ტევადობაზე. გადამცემის მახასიათებლები მიუთითებს მგრძნობელობაზე და ტევადობაზე. ძირითადად, ეს არის დამუხტვის და მოწყობილობის საკუთარი ინდიკატორები. თუ მთლიანობაში გამოითვლება, მაშინ მიიღება შემდეგი გამომავალი სიმძლავრე: Sq =q/F ან Uxx=d11 F/Co.
სიხშირის დიაპაზონის გასაფართოებლად აუცილებელია გაზომილი დაბალი ცვლადების გაზრდა მუდმივი დროის წრედისკენ. ამის გაკეთება ადვილია ჩართვითკონდენსატორები, რომლებიც განლაგებულია მოწყობილობის პარალელურად. თუმცა, ამ შემთხვევაში, გამომავალი ძაბვა შემცირდება. გაზრდილი წინააღმდეგობა გაზრდის დიაპაზონს მგრძნობელობის დაკარგვის გარეშე. მაგრამ მის გასაზრდელად საჭიროა გაუმჯობესებული იზოლაციის თვისებები და გამაძლიერებლები მაღალი წინააღმდეგობის შეყვანით.
გაზომვის სქემების აღწერა
სპეციფიკური და ზედაპირული წინააღმდეგობა განსაზღვრავს საკუთარ თავს და კვარცის მთავარი კომპონენტი უფრო მაღალია, ამიტომ პიეზოელექტრული გადამყვანი უნდა იყოს დალუქული. შედეგად, ხარისხი უმჯობესდება და ზედაპირი დაცულია ტენიანობისა და ჭუჭყისაგან. სენსორების საზომი სქემები შეიქმნა, როგორც მაღალი წინააღმდეგობის გამაძლიერებლები, რომლებიც ეფუძნებოდა საველე ეფექტის მქონე ტრანზისტორი გამომავალი საფეხურს და არაინვერსიულ გამაძლიერებელს ოპერატიული მოწყობილობით. ძაბვა მიეწოდება შემავალ და გამომავალს.
თუმცა, ამ მოძველებულ პიეზოელექტრიკულ გადამცემს ჰქონდა ხარვეზები:
- გამომავალი ძაბვისა და მგრძნობელობის დამოკიდებულება სენსორის მოცულობასთან მიმართებაში;
- არასტაბილური სიმძლავრე, რომელიც იცვლება ტემპერატურის პირობების გამო.
გამაძლიერებლის ძაბვა და მგრძნობელობა განისაზღვრება დასაშვები შეცდომით, თუ ჩართულ სტაბილურ მოცულობას დაემატება C1. ფორმულა: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). ტრანსფორმაციის შემდეგ მივიღებთ: S=Ubx/F. თუ კოეფიციენტი იზრდება, შესაბამისად, და ეს ცვლადები იზრდება. საზომი წრე ხასიათდება:
- მუდმივი ვადები;
- წინააღმდეგობა R განისაზღვრება შეყვანის მომატებით, სენსორების, კაბელების იზოლაციით და R3;
- MOS ტრანზისტორები უფრო ძლიერია ვიდრე საველე მოწყობილობებს, მაგრამ აქვთ მაღალი ხმაურის დონე;
- R3 ასტაბილურებს ძაბვას, მისი მნიშვნელობა გამოითვლება როგორც ~ 1011 Ohm.
ბოლო ცვლადის გაანალიზებით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მუდმივი დროის ხაზი ასეთია: t ≦ 1c. დღეს მოწყობილობებს შეუძლიათ დასატენად გამოიყენონ პიეზოელექტრული სენსორები ძაბვის გამაძლიერებლებით.
მოწყობილობის უპირატესობები
პიეზოელექტრული გადამყვანს აქვს შემდეგი უპირატესობები:
- მარტივი სტრუქტურული აწყობა;
- ზომები;
- სანდო;
- მექანიკური ძაბვის გარდაქმნა ელექტრულ მუხტად;
- ცვლადი, რომელიც შეიძლება სწრაფად გაიზომოს.
კვარცის მსგავსი მასალის შემთხვევაში, რომელიც ახლოსაა სხეულის იდეალურ მდგომარეობასთან, მექანიკის გარდაქმნა ელექტრულ მუხტად შესაძლებელია მინიმალური შეცდომით -4-დან -6-მდე. თუმცა, მაღალი სიზუსტის ტექნოლოგიის განვითარებამ გააუმჯობესა უზარმაზარ სიზუსტის რეალიზების უნარი. შედეგად, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ეს პიეზოელექტრული გადამყვანები ყველაზე შესაფერისია ძალების, წნევის და სხვა ელემენტების გასაზომად.
PET აჩქარებას აქვს შემდეგი სტრუქტურა:
- ყველა მასალა მიმაგრებულია ტიტანის ბაზაზე;
- ორი ერთდროულად ჩართულია პიეზოელექტრული ელემენტებიკვარცისგან;
- მაღალი სიმკვრივის ინერციული მასა შექმნილია მინიმალური ზომებისთვის;
- სიგნალის მოცილება სპილენძის ფოლგით;
- ის, თავის მხრივ, დაკავშირებულია შედუღებულ კაბელთან;
- სენსორი დაფარულია ქუდით, რომელიც ხრახნიანია ძირში;
- ობიექტზე მრიცხველის დასამაგრებლად, გაჭერით ძაფი.
მიუხედავად მასისა, სენსორი საკმაოდ სტაბილური და მკვრივია. მუშაობს 150 მ/წმ-ზე2.
კონვერტორების დიზაინის მახასიათებლები
თუ საჭიროა ამაჩქარებლის სენსორის დამზადება, მნიშვნელოვანია პიეზოსენსორული ფირფიტების სწორად მიმაგრება ბაზაზე. ეს მოქმედება ხორციელდება შედუღებით. კაბელი უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ მოთხოვნებს:
- საიზოლაციო წინააღმდეგობა უნდა იყოს მაღალი;
- ეკრანი მოთავსებულია მისაღები ოთახის გვერდით;
- ვიბრაციის საწინააღმდეგო;
- მოქნილობა.
ანუ კაბელი არ უნდა შეირყევა გამაძლიერებლის შესასვლელთან. საზომი წრე იქმნება სიმეტრიულად ისე, რომ ჩარევა არ მოხდეს. სენსორში კავშირი ასიმეტრიულია, მილების წინაღობა და კორპუსი ისეა დაკავშირებული, რომ მიიღება გარე ფირფიტების იზოლაცია. სასურველი შედეგის მისაღწევად საჭიროა მრიცხველის დამზადება კენტი რაოდენობის მასალებისგან, რომლებიც გამოიყენება პროცესში. ელემენტები დაჭერილია გამაძლიერებელზე ცენტრალურ ნაწილში ხვრელების მეშვეობით და იზოლატორების მეშვეობით, რომლებიც ხრახნიანია კორპუსზე.
ვიბრაციის საზომი მოწყობილობების მახასიათებლები
საზომი მოწყობილობის მგრძნობელობის გასაზრდელად აუცილებელია მაღალი მოდულის პიეზოელექტრული ელემენტების გამოყენება. ესმასალა იდება ზედიზედ პარალელურად და უკავშირდება ლითონის შუასადებებითა და ფირფიტებით. მსგავსი ეფექტისთვის კვლავ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნივთიერებები, რომლებიც მუშაობენ მოხრაზე. თუმცა, ისინი დაბალი სიხშირით არიან და ჩამორჩებიან შეკუმშვის მექანიკას.
მასალა შეიძლება იყოს ბიმორფული, ჩვეულებრივ გროვდება სერიულად ან პარალელურად, ეს ყველაფერი დამოკიდებულია დადებითად განლაგებულ ღერძებზე. როგორც წესი, ეს არის ორი ფირფიტა. თუ ნეიტრალური ფენა გათვალისწინებულია, პიეზოელექტრული ელემენტის ნაცვლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლითონისგან დამზადებული საშუალო სისქის გადაფარვა.
სიგნალების გასაზომად, რომლებიც საკმარისად ნელა მოძრაობენ, გააკეთეთ შემდეგი:
- პიეზოელექტრული გადამყვანი შედის ოსცილატორში;
- კრისტალი რეზონანსულ სიხშირეზეა;
- როგორც კი მოხდება დატვირთვა, ინდიკატორები შეიცვლება.
დღეს, პიეზო ამაჩქარებლები არის მოწინავე მოწყობილობები, რომლებიც შეიძლება იყოს მაღალი სიხშირით, ძლიერი მგრძნობელობით.
ენერგიის ალტერნატიული წყარო გადამყვანების მეშვეობით
ელექტროენერგიის გამომუშავების ერთ-ერთი ცნობილი და ამოუწურავი საშუალება ტალღის ენერგიაა. ასეთი სადგურები დამონტაჟებულია უშუალოდ წყლის გარემოში. ეს ფენომენი დაკავშირებულია მზის სხივებთან, რომელიც ათბობს ჰაერის მასას, რის გამოც წარმოიქმნება ტალღები. ამ ფენომენის შახტს აქვს ენერგეტიკული ინტენსივობა, რომელიც განისაზღვრება ქარის სიძლიერით, ჰაერის ფრონტის სიგანით, აფეთქების ხანგრძლივობით.
მნიშვნელობა შეიძლება მერყეობდეს არაღრმა წყალში ან მიაღწიოს 100 კვტ მეტრზე.პიეზოელექტრული ტალღის ენერგიის გადამყვანი მუშაობს გარკვეული პრინციპით. წყლის დონე ტალღის საშუალებით მატულობს, ამ პროცესში ჰაერი ჭურჭლიდან გამოიდევნება. შემდეგ ნაკადები გადის უკუ ტურბინით. ერთეული ბრუნავს გარკვეული მიმართულებით, ტალღების მოძრაობის მიუხედავად.
ამ მოწყობილობას აქვს დადებითი მახასიათებელი. დღემდე, დიზაინის გაუმჯობესება არ არის პროგნოზირებული, რადგან ეფექტურობა და მუშაობის პრინციპი დადასტურებულია ყველა არსებული გზით. ტექნოლოგიური პროგრესის პროცესში შესაძლოა აშენდეს მცურავი სადგურები.
ულტრაბგერითი პიეზოელექტრული გადამყვანი
ეს მოწყობილობა შექმნილია ისე, რომ არ საჭიროებს დამატებით პარამეტრებს. იგი აღჭურვილია მეხსიერების ბლოკით, რომელიც იძლევა ტექნიკურ შედეგს. ეხება საკონტროლო და საზომ მოწყობილობებს. ასეთი მოწყობილობები განსხვავდება ტიპით, ტექნიკური მახასიათებლებით, რომლებიც შედგენილია დიზაინისა და დანიშნულების მონაცემების საფუძველზე მინიმალური შეცდომებით. ყველა მოთხოვნა განიხილება დიზაინის მიხედვით.
ყველა ასეთი მოწყობილობისთვის გათვალისწინებულია შექმნის სტანდარტული სქემა: ხარვეზის დეტექტორი, კორპუსი, ელექტროდები, ძირითადი ელემენტი, რომელიც დამაგრებულია ბაზაზე, ბირთვი, კილიტა და სხვა მასალები. ულტრაბგერითი პიეზოელექტრული გადამყვანი არის სასარგებლო მოდელი. ის საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ მონაცემები პირდაპირ მოწყობილობის ბაზაზე დაყენებული ხმის გამოყენებით.
პიეზო გადამყვანის აპლიკაციები
მოწყობილობებიპირდაპირი ეფექტი გამოიყენება ინსტრუმენტებში, რომლებიც ზომავენ ძალას, წნევას, აჩქარებას. მათ აქვთ მაღალი სიხშირე და სიმკაცრე. უკუკავშირის მქონე აპარატი გამოიყენება ულტრაბგერითი ვიბრაციების დროს, სტრესის დეფორმაციად გადაქცევაში, ბალანსირებაში. თუ ორივე ეფექტი ერთდროულად იქნება გათვალისწინებული, მაშინ ეს ვარიანტი შესაფერისია პიეზორეზონატორებისთვის, რომლებიც საკმაოდ სწრაფად გარდაქმნიან ერთი ტიპის ენერგიას მეორეში.
პოზიტიური მოწყობილობები, რომლებიც დაკავშირებულია საპირისპირო მიმართულებით, მუშაობს ავტომატურ რხევებზე და გამოიყენება გენერატორებში. მათი გამოყენების ფარგლები ფართოა, რადგან მათ აქვთ მაღალი სტაბილურობა სათანადო შექმნისას. ხშირად, რამდენიმე პიეზო რეზონატორი გამოიყენება სასურველი ეფექტის მისაღწევად და სწორი ინფორმაციის მისაღებად.
კონვერტორების ნაკლოვანებები
ამ მოწყობილობებს აქვთ დადებითი ასპექტების დიდი რაოდენობა. თუმცა, მათ ასევე აქვთ უარყოფითი თვისებები:
- გამომავალი წინააღმდეგობა - მაქსიმალური;
- საზომი სქემები და კაბელები უნდა შეიქმნას მკაცრი მოთხოვნებისა და მითითებების საფუძველზე.
პიეზოელექტრული გადამყვანის გაანგარიშება თავდაპირველად გამოიმუშავებს რეზონანსული სიხშირის განტოლების ფორმულას: Fp =0.24 ·c·. ფირფიტის სისქე: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3მ. ენერგეტიკული მახასიათებლები გამოითვლება შემდეგნაირად: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
