Эдгээр хувиргагч нь генераторуудын дэд бүлэгт хамаарах бөгөөд тэдгээр нь механик хуримтлагдсан цахилгаан цэнэг дээр суурилдаг. Үүний үр дүнд дараахь хамаарлыг ялгаж үздэг: Q=d P. Энэ тохиолдолд d нь пьезоэлектрик модуль, P нь хүч юм. Дүрмээр бол материал нь кварц, турмалин, анивчих хольц, бари, хар тугалга юм. Пьезоэлектрик хувиргагчийг зохион бүтээхдээ ачааллын хэв маягийг ашиглах шаардлагатай: шахах, гулзайлгах, зүсэх, татах.
Шууд ба урвуу пьезоэлектрик эффект
Шууд нөлөө нь дараах байдлаар тодорхойлогддог: ашигласан талст материал нь тодорхой дарааллаар байрлуулсан цэнэгтэй ионуудын улмаас тор үүсгэдэг. Процессын явцад өөр өөр хэсгүүд ээлжлэн солигдож, харилцан нөхөж, улмаар цахилгаан саармагжилт үүсдэг. Кристалууд дараах шинж чанартай байдаг:
- тэнхлэгт хамаарах тэгш хэм;
- өмнөх үзлийг авч үзвэл ионууд ээлжлэн солигдож, нөхөгддөг тор гарч ирнэ.
Хэрэв процесст ашигласан материал Fx хүч рүү чиглэсэн бол энэ ньгажигтай, эерэг ба сөрөг цэнэгийн хоорондох зай өөрчлөгдөж, өгөгдсөн тэнхлэг дэх чиглэл нь цахилгаанждаг. Энэ бүгдийг q=d11Fx томьёогоор илэрхийлсэн бөгөөд хүчтэй пропорциональ байна. Коэффициент нь бодис ба түүний төлөв байдалтай холбоотой бөгөөд энэ нь пьезоэлектрик модуль гэсэн нэртэй байдаг. Индексүүд нь хүч чадал, ирмэгээр тодорхойлогддог боловч хэрэв та чиглэлээ өөрчилбөл үр нөлөө нь өөр байх болно.
Шууд процесс дахь пьезоэлектрик хувиргагч нь гадны хүчний нөлөөн дор талстуудыг цахилгаанжуулдаг. Энэ нөлөө нь цахилгаанчин болох бодисын нөлөөн дор үүсдэг. Хэмжих хэрэгсэл хийхийн тулд кварцын талст хэрэгтэй болно. Өөрөөр хэлбэл, пьезоэлектрик хувиргагчийн ажиллах зарчим нь дараах байдалтай байна: шууд нөлөөгөөр үйлдлийг механикаар гүйцэтгэдэг бөгөөд эсрэгээр бол талстууд деформацид ордог.
Нэмэлт пьезо эффект
Хавтан дээр X,Y тэнхлэгт хүч үйлчлэх үед болор туйлширч болно. Fy – хөндлөн, Fz ямар ч төлбөр гарахгүй. Кварцын болор нь гурван координатын тэнхлэг дээр байрладаг. Пьезоэлектрик хувиргагчийг ашиглахын тулд үр нөлөөг харуулсан хавтанг зүсэх шаардлагатай. Үүнд дараах тайлбар байна:
- өндөр хүч чадал;
- хүчдэл нь 108 N/m2 хүртэл зөвшөөрөгддөг тул хэмжигдэхүйц их хүчийг ашиглах боломжтой;
- хатуу байдал ба уян хатан чанар;
- дотор нь хамгийн бага үрэлт;
- тогтвортой байдал,өөрчлөгдөхгүй;
- Үйлдвэрлэсэн материалын чанарын дээд хүчин зүйл.
Кварц хавтанг зөвхөн даралт болон хүчийг хэмждэг хувиргагчид ашигладаг. Материалын хатуулгийг харгалзан боловсруулахад хэцүү байдаг тул үүнээс энгийн хэлбэрийг бий болгодог. Тогтмол температурт модуль тогтмол байна. Хэрэв энэ нь нэмэгдэх юм бол энэ тохиолдолд модулийн бууралт байна. Пьезоэлектрик шинж чанар нь Цельсийн 573 хэмд алга болдог.
Төхөөрөмж ба хэмжилтийн хэлхээний тайлбар
Пьезоэлектрик даралт хувиргагч нь дараах бүтэцтэй:
- мембран, энэ нь хэргийн доод хэсэг;
- гадна доторлогоо нь газардуулгатай, дунд хэсэг нь кварцаар тусгаарлагдсан;
- ялтсууд нь зэрэгцээ холбогдсон өндөр эсэргүүцэлтэй;
- тугалган цаас болон кабелийн дотор талын гол хэсэг нь таглаагаар хаалттай нүхэнд бэхлэгдсэн байна.
Гаралтын хүч нь хамгийн бага, үүнтэй холбогдуулан их хэмжээний эсэргүүцэл бүхий өсгөгчийг хангадаг. Үндсэндээ хүчдэл нь оролтын хэлхээний багтаамжаас хамаарна. Хөрвүүлэгчийн шинж чанар нь мэдрэмж ба багтаамжийг илэрхийлдэг. Үндсэндээ энэ бол цэнэг ба төхөөрөмжийн өөрийн үзүүлэлт юм. Хэрэв нийтээр тооцвол дараах гаралтын хүчийг авна: Sq =q/F эсвэл Uxx=d11 F/Co.
Давтамжийн хүрээг өргөжүүлэхийн тулд хэмжсэн бага хувьсагчдыг тогтмол хугацааны хэлхээнд нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Үүнийг асаах замаар хийхэд хялбар байдагтөхөөрөмжтэй зэрэгцээ байрладаг конденсаторууд. Гэхдээ энэ тохиолдолд гаралтын хүчдэл буурах болно. Нэмэгдсэн эсэргүүцэл нь мэдрэх чадвараа алдалгүйгээр хүрээг тэлэх болно. Гэхдээ үүнийг нэмэгдүүлэхийн тулд тусгаарлах чанарыг сайжруулж, өндөр эсэргүүцэлтэй оролт бүхий өсгөгч хэрэгтэй.
Хэмжилтийн хэлхээний тайлбар
Өвөрмөц болон гадаргуугийн эсэргүүцлийг өөрөө тодорхойлдог бөгөөд кварцын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг нь илүү өндөр байдаг тул пьезоэлектрик хувиргагчийг битүүмжлэх шаардлагатай. Үүний үр дүнд чанар сайжирч, гадаргууг чийг, шорооноос хамгаална. Мэдрэгчийн хэмжилтийн хэлхээг өндөр эсэргүүцэлтэй өсгөгч хэлбэрээр бүтээсэн бөгөөд энэ нь хээрийн нөлөө бүхий транзисторын гаралтын үе шат, үйл ажиллагааны төхөөрөмжтэй урвуу бус өсгөгч дээр суурилсан байв. Хүчдэл нь оролт гаралтад нийлүүлэгддэг.
Гэсэн хэдий ч энэ хуучирсан пьезоэлектрик хувиргагчид дутагдалтай байсан:
- гаралтын хүчдэл ба мэдрэгчийн хэмжээнээс хамаарах мэдрэмж;
- температурын нөхцлөөс шалтгаалан өөрчлөгддөг тогтворгүй хүчин чадал.
Өсгөгчийн хүчдэл ба мэдрэмж нь зөвшөөрөгдөх алдаагаар тодорхойлогдоно, хэрэв багтаасан тогтвортой эзэлхүүнийг C1 нэмсэн бол. Томъёо: ys=(ΔCo + ΔCk)/(Co+Ck +C1). Өөрчлөлтийн дараа бид дараахийг авна: S=Ubx/F. Хэрэв коэффициент нэмэгдэж байвал эдгээр хувьсагчид нэмэгдэнэ. Хэмжих хэлхээ нь:
-аар тодорхойлогддог.
- тогтмол он цагийн хэлхээс;
- эсэргүүцэл R нь оролтын нэмэгдэл, мэдрэгч, кабелийн тусгаарлалт, R3;
- MOS транзистор нь хээрийн төхөөрөмжөөс илүү хүчтэй боловч дуу чимээ ихтэй;
- R3 нь хүчдэлийг тогтворжуулж, түүний утгыг ~ 1011 Ом гэж тооцдог..
Сүүлийн хувьсагчийг шинжлэхэд бид тогтмол хугацааны шугамыг дараах байдлаар тооцож болно: t ≦ 1c. Өнөөдрийн төхөөрөмжүүд цэнэглэхийн тулд хүчдэл өсгөгч бүхий пьезо цахилгаан мэдрэгч ашиглах боломжтой.
Төхөөрөмжийн давуу тал
Пьезоэлектрик хувиргагч нь дараах давуу талуудтай:
- хялбар бүтцийн угсралт;
- хэмжээ;
- найдвартай байдал;
- механик хүчдэлийг цахилгаан цэнэг болгон хувиргах;
- хурдан хэмжиж болох хувьсагч.
Биеийн хамгийн тохиромжтой төлөвт ойрхон байгаа кварц шиг материалын хувьд механикийг цахилгаан цэнэг болгон хувиргах нь хамгийн бага алдаа -4-ээс -6 байх боломжтой. Гэсэн хэдий ч өндөр нарийвчлалтай технологийн хөгжил нь алдагдалгүй нарийвчлалыг хэрэгжүүлэх чадварыг сайжруулсан. Үүний үр дүнд эдгээр пьезоэлектрик хувиргагчид хүч, даралт болон бусад элементүүдийг хэмжихэд хамгийн тохиромжтой гэж бид дүгнэж болно.
PET хурдатгал нь дараах бүтэцтэй:
- бүх материалыг титан суурь дээр бэхэлсэн;
- хоёр нэгэн зэрэг пьезоэлектрик элементүүдийг асаасанкварцаас;
- өндөр нягтралтай инерцийн масс хамгийн бага хэмжээст зориулагдсан;
- Гулин тугалган цаасаар дохио арилгах;
- тэр нь эргээд гагнасан кабельд холбогдсон байна;
- мэдрэгч суурь руу шурган таглагаар хучигдсан;
- Объект дээрх тоолуурыг засахын тулд утсыг таслана.
Хэдийгээр масстай ч мэдрэгч нь нэлээд тогтвортой, нягт. 150 м/с хурдтай ажилладаг2.
Хөрвүүлэгчийн дизайны онцлог
Хэрэв хурдатгал хэмжигч мэдрэгч үйлдвэрлэх шаардлагатай бол пьезо мэдрэгчтэй хавтанг сууринд зөв бэхлэх нь чухал юм. Энэ үйлдлийг гагнах замаар гүйцэтгэдэг. Кабель нь дараах шаардлагыг хангасан байх ёстой:
- тусгаарлагчийн эсэргүүцэл өндөр байх ёстой;
- дэлгэцийг зочны өрөөний хажууд байрлуулсан;
- чичиргээний эсрэг;
- уян хатан байдал.
Өөрөөр хэлбэл өсгөгчийн оролт дээр кабелийг сэгсэрч болохгүй. Хэмжих хэлхээг тэгш хэмтэй байдлаар үүсгэсэн тул хөндлөнгийн оролцоо үүсэхгүй. Мэдрэгчийн хувьд холболт нь тэгш хэмт бус, дамжуулагч ба хайрцагны эсэргүүцэл нь гаднах хавтангийн тусгаарлагчийг олж авах байдлаар холбогдсон байна. Хүссэн үр дүнд хүрэхийн тулд тоолуурыг процесст ашигласан сондгой тооны материалаас хийх шаардлагатай. Элементүүд нь төв хэсгийн нүхнүүд болон хайрцагт бэхлэгдсэн тусгаарлагчаар дамжуулан өсгөгчийн эсрэг дарагдсан байна.
Чичиргээ хэмжих төхөөрөмжийн онцлог
Хэмжих төхөөрөмжийн мэдрэмжийг нэмэгдүүлэхийн тулд өндөр модультай пьезоэлектрик элементүүдийг ашиглах шаардлагатай. Энэматериалыг дараалан зэрэгцээ байрлуулж, металл жийргэвч, хавтангаар холбоно. Үүнтэй төстэй нөлөө үзүүлэхийн тулд гулзайлгах бодисыг ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бага давтамжтай бөгөөд шахалтын механикаас доогуур байдаг.
Материал нь биморф байж болно, ихэвчлэн цуваа эсвэл зэрэгцээ цуглуулдаг, энэ бүхэн эерэг байрлалтай тэнхлэгээс хамаарна. Дүрмээр бол эдгээр нь хоёр хавтан юм. Хэрэв төвийг сахисан давхаргыг харгалзан үзвэл пьезоэлектрик элементийн оронд дундаж зузаантай металлаар хийсэн давхаргыг ашиглаж болно.
Хангалттай удаан хөдөлж буй дохиог хэмжихийн тулд дараах зүйлийг хийнэ үү:
- пьезоэлектрик хувиргагч осцилляторт багтсан;
- болор резонансын давтамжтай;
- ачаалал гармагц үзүүлэлтүүд өөрчлөгдөнө.
Өнөөдөр пьезо хурдатгал хэмжигч нь өндөр давтамжтай, өндөр мэдрэмжтэй дэвшилтэт төхөөрөмжүүд юм.
Хөрвүүлэгчээр дамжуулан өөр эрчим хүчний эх үүсвэр
Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх алдартай бөгөөд шавхагдашгүй хэрэгслийн нэг бол долгионы энерги юм. Ийм станцуудыг усан орчинд шууд суурилуулдаг. Энэ үзэгдэл нь агаарын массыг халаадаг нарны туяатай холбоотой бөгөөд үүнээс болж долгион үүсдэг. Энэ үзэгдлийн гол хэсэг нь салхины хүч, агаарын фронтын өргөн, шуурганы үргэлжлэх хугацаагаар тодорхойлогддог эрчим хүчний эрчимтэй байдаг.
Гүехэн усанд хэлбэлзэж эсвэл метр тутамд 100 кВт хүрч болно. Пьезоэлектрик долгионы энерги хувиргагч нь тодорхой зарчмын дагуу ажилладаг. Усны түвшин долгионы тусламжтайгаар нэмэгддэг бөгөөд энэ явцад агаар нь савнаас шахагдана. Дараа нь урсгалыг урвуу турбинаар дамжуулдаг. Энэ нэгж нь долгионы хөдөлгөөнөөс үл хамааран тодорхой чиглэлд эргэлддэг.
Энэ төхөөрөмж эерэг шинж чанартай. Өнөөдрийг хүртэл дизайныг сайжруулах нь урьдчилан таамаглаагүй байна, учир нь үр ашиг, үйл ажиллагааны зарчим нь одоо байгаа бүх аргаар батлагдсан. Технологийн дэвшлийн явцад хөвөгч станцууд баригдаж магадгүй.
Хэт авианы пьезоэлектрик хувиргагч
Энэ төхөөрөмж нь нэмэлт тохиргоо хийх шаардлагагүйгээр бүтээгдсэн. Энэ нь санах ойн блокоор тоноглогдсон бөгөөд энэ нь техникийн үр дүнг өгдөг. Хяналт, хэмжих хэрэгслийг хэлнэ. Ийм төхөөрөмжүүд нь төрөл, техникийн шинж чанараараа ялгаатай бөгөөд тэдгээрийг дизайн, зорилгын өгөгдөлд үндэслэн хамгийн бага алдаатай эмхэтгэсэн байдаг. Бүх шаардлагыг загвар дээр үндэслэн тооцсон.
Ийм бүх төхөөрөмжүүдийн хувьд стандарт үүсгэх схемийг өгсөн болно: согог илрүүлэгч, орон сууц, электродууд, сууринд бэхлэгдсэн үндсэн элемент, цөм, тугалган цаас болон бусад материал. Хэт авианы пьезоэлектрик хувиргагч нь ашигтай загвар юм. Энэ нь төхөөрөмжийн суурь дээр суулгасан дууг ашиглан өгөгдөл шууд хүлээн авах боломжийг олгоно.
Пиезо хувиргагч програмууд
Төхөөрөмжүүдшууд эффектийг хүч, даралт, хурдатгал зэргийг хэмжих хэрэгсэлд ашигладаг. Тэд өндөр давтамжтай, хатуу ширүүн байдаг. Санал хүсэлт бүхий төхөөрөмжийг хэт авианы чичиргээ, стрессийг деформаци болгон хувиргах, тэнцвэржүүлэхэд ашигладаг. Хэрэв хоёр нөлөөг нэгэн зэрэг харгалзан үзвэл энэ сонголт нь нэг төрлийн энергийг нөгөөд хурдан хувиргадаг пьезорезонаторуудад тохиромжтой.
Эерэг төхөөрөмжүүд нь эсрэг чиглэлд холбогдсон, автомат хэлбэлзэл дээр ажилладаг бөгөөд генераторуудад ашиглагддаг. Тэдний хэрэглээний хамрах хүрээ нь өргөн хүрээтэй, учир нь тэдгээр нь зохих ёсоор бүтээгдсэн үед өндөр тогтвортой байдалтай байдаг. Ихэнхдээ хүссэн үр дүнд хүрч, зөв мэдээлэл авахын тулд хэд хэдэн пьезо резонаторыг ашигладаг.
Хөрвүүлэгчийн сул тал
Эдгээр төхөөрөмжүүд асар олон тооны эерэг талуудтай. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бас сөрөг шинж чанартай:
- гаралтын эсэргүүцэл - хамгийн их;
- хэмжих хэлхээ ба кабелийг хатуу шаардлага, зааварчилгааны үндсэн дээр хийх ёстой.
Пьезоэлектрик хувиргагчийг тооцоолохдоо эхлээд резонансын давтамжийн тэгшитгэлийн томьёог гаргаж авдаг: Fp =0.24 ·c·. Хавтангийн зузаан: h=Fp a2 / 0.24 c=35 103 25 10 -6/ 0.24 2900=1.257 10-3м. Эрчим хүчний үзүүлэлтүүдийг дараах байдлаар тооцно: Wak =Wak.ud S=40 4.53 10-3.
