पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर: उद्देश्य और अनुप्रयोग

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

ये कन्वर्टर्स जनरेटर के एक उपसमूह से संबंधित हैं, ये यांत्रिक रूप से संचित विद्युत आवेशों पर आधारित होते हैं। नतीजतन, निम्नलिखित संबंध प्रतिष्ठित हैं: क्यू=डी पी। इस मामले में, डी पीजोइलेक्ट्रिक मॉड्यूलस है, और पी बल है। एक नियम के रूप में, सामग्री क्वार्ट्ज, टूमलाइन, एनीलिंग मिश्रण, बेरियम, सीसा है। पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर डिजाइन करने के लिए, लोड पैटर्न का उपयोग करना आवश्यक है: संपीड़न, झुकने, कतरनी, तनाव।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रत्यक्ष और उल्टा

प्रत्यक्ष प्रभाव निम्नलिखित की विशेषता है: एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित आवेशित आयनों के कारण उपयोग की जाने वाली क्रिस्टलीय सामग्री एक जाली बनाती है। इस प्रक्रिया में, असमान कण वैकल्पिक और पारस्परिक रूप से क्षतिपूर्ति करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत तटस्थता होती है। क्रिस्टल में ऐसी विशेषताएं होती हैं जो इस प्रकार इंगित की जाती हैं:

• अक्ष के संबंध में समरूपता;
• पिछले दृश्य को ध्यान में रखते हुए, आयनों के साथ एक जाली दिखाई देती है जो वैकल्पिक और क्षतिपूर्ति करती है।

यदि प्रक्रिया में प्रयुक्त सामग्री को बल F_x पर निर्देशित किया जाता है, तो यहविकृत हो जाता है, धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों के बीच की दूरी बदल जाती है, और दिए गए अक्ष में दिशा विद्युतीकृत हो जाती है। यह सब सूत्र q=d₁₁F_x में व्यक्त किया गया है और यह बल के समानुपाती है। गुणांक पदार्थ और उसकी स्थिति से जुड़ा है, इसका एक नाम है - पीजोइलेक्ट्रिक मॉड्यूल। इंडेक्स ताकत और बढ़त से निर्धारित होते हैं, लेकिन अगर आप दिशा बदलते हैं, तो प्रभाव अलग होगा।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर प्रत्यक्ष प्रक्रिया में बाहरी ताकतों के प्रभाव में क्रिस्टल को विद्युतीकृत करता है। यह प्रभाव उन पदार्थों के प्रभाव में होता है जो इलेक्ट्रीशियन हैं। मापने के उपकरण बनाने के लिए, आपको क्वार्ट्ज क्रिस्टल की आवश्यकता होगी। अर्थात्, पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है: प्रत्यक्ष प्रभाव से, यांत्रिकी के माध्यम से क्रिया की जाती है, और इसके विपरीत, क्रिस्टल विकृत हो जाते हैं।

अतिरिक्त पीजो प्रभाव

क्रिस्टल को ध्रुवीकृत किया जा सकता है जब प्लेट को X, Y अक्षों पर बल लगाया जाता है। F_y - अनुप्रस्थ, F_z के साथ कोई शुल्क नहीं लगता। क्वार्ट्ज क्रिस्टल तीन समन्वय अक्षों पर स्थित है। पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करने के लिए, एक प्लेट को काटना आवश्यक है जो प्रभाव को इंगित करता है। इसका निम्नलिखित विवरण है:

• उच्च शक्ति;
• वोल्टेज की अनुमति 10⁸ N/m², इस प्रकार बड़े मापन योग्य बल संभव हैं;
• कठोरता और लोच;
• अंदर न्यूनतम घर्षण;
• स्थिरता,जो नहीं बदलता;
• निर्मित सामग्री का अधिकतम गुणवत्ता कारक।

क्वार्ट्ज प्लेट का उपयोग केवल ट्रांसड्यूसर में किया जाता है जो दबाव और बल को मापते हैं। सामग्री की कठोरता को देखते हुए, इसे संसाधित करना मुश्किल है, इसलिए इससे एक साधारण आकार बनाया जाता है। मापांक स्थिर तापमान पर स्थिर रहता है। यदि यह बढ़ता है, तो इस मामले में मॉड्यूल में कमी होती है। पीजोइलेक्ट्रिक गुण 573 डिग्री सेल्सियस पर गायब हो जाते हैं।

डिवाइस और माप सर्किट का विवरण

पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर ट्रांसड्यूसर में निम्नलिखित संरचना होती है:

• झिल्ली, जो मामले की तह है;
• बाहरी परत जमी हुई है, और बीच वाला क्वार्ट्ज़ से अछूता है;
• प्लेटों में उच्च प्रतिरोध होता है, जो समानांतर में जुड़ा होता है;
• केबल की पन्नी और भीतरी कोर को ढक्कन से बंद एक छेद में बांधा जाता है।

आउटपुट पावर न्यूनतम है, इस संबंध में, एक बड़े प्रतिरोध के साथ एक एम्पलीफायर प्रदान किया जाता है। अनिवार्य रूप से, वोल्टेज इनपुट सर्किट के समाई पर निर्भर करता है। ट्रांसड्यूसर की विशेषताएं संवेदनशीलता और समाई का संकेत देती हैं। मूल रूप से, यह चार्ज और डिवाइस के अपने संकेतक हैं। यदि कुल में गणना की जाती है, तो निम्न आउटपुट पावर प्राप्त की जाएगी: S_q =q/F या U_xx=डी11 _{एफ/सी}ओ_।

आवृत्ति रेंज का विस्तार करने के लिए, मापा कम चर को एक स्थिर समय सर्किट की ओर बढ़ाना आवश्यक है। चालू करके ऐसा करना आसान हैकैपेसिटर जो डिवाइस के समानांतर में स्थित हैं। इस मामले में, हालांकि, आउटपुट वोल्टेज कम हो जाएगा। बढ़ा हुआ प्रतिरोध संवेदनशीलता के नुकसान के बिना सीमा का विस्तार करेगा। लेकिन इसे बढ़ाने के लिए, बेहतर आइसोलेशन गुणों और उच्च प्रतिरोध इनपुट वाले एम्पलीफायरों की आवश्यकता होती है।

माप सर्किट का विवरण

विशिष्ट और सतह प्रतिरोध स्वयं निर्धारित करते हैं, और क्वार्ट्ज के लिए मुख्य घटक अधिक होता है, इसलिए पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर को सील किया जाना चाहिए। नतीजतन, गुणवत्ता में सुधार होता है और सतह नमी और गंदगी से सुरक्षित रहती है। सेंसर माप सर्किट उच्च-प्रतिरोध एम्पलीफायरों के रूप में बनाए गए थे, जो एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर आउटपुट चरण और एक परिचालन उपकरण के साथ एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर पर आधारित थे। इनपुट और आउटपुट को वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है।

हालांकि, इस पुराने पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर में खामियां थीं:

• सेंसर वॉल्यूम के संबंध में आउटपुट वोल्टेज और संवेदनशीलता की निर्भरता;
• अस्थिर क्षमता जो तापमान की स्थिति के कारण बदलती है।

एम्पलीफायर का वोल्टेज और संवेदनशीलता अनुमेय त्रुटि से निर्धारित होती है, यदि शामिल स्थिर मात्रा को C₁ के साथ पूरक किया जाता है। सूत्र: y_s=(ΔC_o + ΔC_k)/(सी_ओ+सी_के +सी₁). परिवर्तन के बाद हमें मिलता है: S=U_bx/F। यदि गुणांक क्रमशः बढ़ता है, और ये चर बढ़ते हैं। मापने वाले सर्किट की विशेषता है:

• लगातार समयरेखा;
• प्रतिरोध आर इनपुट लाभ, सेंसर, केबल के अलगाव और आर द्वारा निर्धारित किया जाता है₃;
• एमओएस ट्रांजिस्टर फील्ड उपकरणों की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं लेकिन उनमें उच्च शोर स्तर होता है;
• R₃ वोल्टेज को स्थिर करता है, इसके मान की गणना _~ 10¹¹ ओम के रूप में की जाती है.

अंतिम चर का विश्लेषण करते हुए, हम मान सकते हैं कि स्थिर समय रेखा इस प्रकार है: t 1c। डिवाइस आज चार्ज करने के लिए वोल्टेज एम्पलीफायरों के साथ पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग कर सकते हैं।

डिवाइस के फायदे

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के निम्नलिखित फायदे हैं:

• आसान संरचनात्मक विधानसभा;
• आयाम;
• विश्वसनीयता;
• यांत्रिक वोल्टेज का विद्युत आवेश में परिवर्तन;
• वेरिएबल जिन्हें जल्दी से मापा जा सकता है।

क्वार्ट्ज जैसी सामग्री के मामले में, जो शरीर की आदर्श स्थिति के करीब है, यांत्रिकी का विद्युत आवेश में परिवर्तन -4 से -6 की न्यूनतम त्रुटि के साथ संभव है। हालांकि, उच्च-सटीक तकनीक के विकास ने दोषरहित सटीकता का एहसास करने की क्षमता में सुधार किया है। नतीजतन, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि ये पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर बलों, दबाव और अन्य तत्वों को मापने के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

PET त्वरण में निम्नलिखित संरचना है:

• सभी सामग्री टाइटेनियम बेस से जुड़ी हुई हैं;
• दो एक साथ पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों को चालू करते हैंक्वार्ट्ज से;
• उच्च घनत्व जड़त्वीय द्रव्यमान न्यूनतम आयामों के लिए डिज़ाइन किया गया;
• ब्रास फॉयल से सिग्नल हटाना;
• वह, बदले में, एक केबल से जुड़ी होती है जिसे मिलाप किया जाता है;
• बेस में खराब कर दी गई टोपी से ढका सेंसर;
• ऑब्जेक्ट पर मीटर लगाने के लिए धागे को काटें।

मास के बावजूद, सेंसर काफी स्थिर और घना है। 150 m/s² पर चलती है।

कन्वर्टर्स की डिज़ाइन सुविधाएँ

यदि एक्सेलेरोमीटर सेंसर बनाना आवश्यक है, तो पीजो-सेंसिंग प्लेट्स को आधार से सही ढंग से जोड़ना महत्वपूर्ण है। यह क्रिया सोल्डरिंग द्वारा की जाती है। केबल को निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

• इन्सुलेशन प्रतिरोध अधिक होना चाहिए;
• स्क्रीन को लिविंग रूम के बगल में रखा गया है;
• एंटी-वाइब्रेशन;
• लचीलापन।

अर्थात एम्पलीफायर के इनपुट पर केबल को हिलाना नहीं चाहिए। मापने वाला सर्किट सममित रूप से बनाया गया है ताकि हस्तक्षेप न हो। सेंसर में, कनेक्शन असममित है, लीड और केस का प्रतिरोध इस तरह से जुड़ा हुआ है कि बाहरी प्लेटों का इन्सुलेशन प्राप्त होता है। वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए, प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की विषम संख्या से मीटर बनाना आवश्यक है। केंद्रीय भाग में छेद के माध्यम से और मामले में खराब होने वाले इन्सुलेटर के माध्यम से तत्वों को एम्पलीफायर के खिलाफ दबाया जाता है।

कंपन मापने वाले उपकरणों की विशेषताएं

मापने वाले यंत्र की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए उच्च मापांक पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों का उपयोग करना आवश्यक है। यहसामग्री को एक पंक्ति में समानांतर में रखा गया है और धातु के गास्केट और प्लेटों के साथ जोड़ा गया है। इसी तरह के प्रभाव के लिए, झुकने पर काम करने वाले पदार्थों का अभी भी उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, वे कम आवृत्ति और संपीड़न यांत्रिकी से कम हैं।

सामग्री द्विरूप हो सकती है, इसे आमतौर पर श्रृंखला में या समानांतर में एकत्र किया जाता है, यह सब सकारात्मक रूप से स्थित अक्षों पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ये दो प्लेटें हैं। यदि तटस्थ परत को ध्यान में रखा जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक तत्व के बजाय औसत मोटाई वाले धातु से बने ओवरले का उपयोग किया जा सकता है।

काफ़ी धीमी गति से चलने वाले संकेतों को मापने के लिए, निम्न कार्य करें:

• थरथरानवाला में शामिल पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर;
• क्रिस्टल गुंजयमान आवृत्ति पर है;
• लोड होते ही संकेतक बदल जाएंगे।

आज, पीजो एक्सेलेरोमीटर उन्नत उपकरण हैं जो उच्च आवृत्ति, मजबूत संवेदनशीलता के साथ हो सकते हैं।

परिवर्तकों के माध्यम से वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत

विद्युत उत्पन्न करने के प्रसिद्ध और अटूट साधनों में से एक तरंग ऊर्जा है। ऐसे स्टेशन सीधे जलीय वातावरण में लगाए जाते हैं। यह घटना सूर्य की किरणों से जुड़ी है, जो हवा के द्रव्यमान को गर्म करती है, जिसके कारण लहरें उठती हैं। इस घटना के शाफ्ट में ऊर्जा की तीव्रता होती है, जो हवा की ताकत, हवा के मोर्चों की चौड़ाई, झोंकों की अवधि से निर्धारित होती है।

उथले पानी में मान में उतार-चढ़ाव हो सकता है या 100 kW प्रति मीटर तक पहुंच सकता है।पीजोइलेक्ट्रिक तरंग ऊर्जा कनवर्टर एक निश्चित सिद्धांत के अनुसार काम करता है। जल स्तर एक लहर के माध्यम से बढ़ता है, इस प्रक्रिया में हवा को बर्तन से बाहर निकाल दिया जाता है। प्रवाह को फिर एक उलट टरबाइन द्वारा पारित किया जाता है। लहरों की गति की परवाह किए बिना इकाई एक निश्चित दिशा में घूमती है।

इस डिवाइस में एक सकारात्मक विशेषता है। आज तक, डिजाइन में सुधार की भविष्यवाणी नहीं की गई है, क्योंकि संचालन की दक्षता और सिद्धांत सभी मौजूदा तरीकों से सिद्ध हो चुके हैं। तकनीकी प्रगति की प्रक्रिया में फ्लोटिंग स्टेशन बनाए जा सकते हैं।

अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

इस डिवाइस को इस तरह से डिजाइन किया गया है कि इसमें अतिरिक्त सेटिंग्स की जरूरत नहीं है। यह एक मेमोरी ब्लॉक से लैस है, जो तकनीकी परिणाम देता है। उपकरणों को नियंत्रित करने और मापने के लिए संदर्भित करता है। ऐसे उपकरण प्रकार, तकनीकी विशेषताओं में भिन्न होते हैं, जिन्हें न्यूनतम त्रुटियों के साथ डिजाइन और उद्देश्य डेटा के आधार पर संकलित किया जाता है। डिजाइन के आधार पर सभी आवश्यकताओं पर विचार किया जाता है।

ऐसे सभी उपकरणों के लिए, एक मानक निर्माण योजना प्रदान की जाती है: एक दोष डिटेक्टर, एक आवास, इलेक्ट्रोड, मुख्य तत्व जो आधार से जुड़ा होता है, एक कोर, पन्नी और अन्य सामग्री। एक अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर एक उपयोगिता मॉडल है। यह आपको डिवाइस के आधार पर स्थापित ध्वनि का उपयोग करके सीधे डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है।

पीजो ट्रांसड्यूसर एप्लिकेशन

डिवाइस विथप्रत्यक्ष प्रभाव का उपयोग उन उपकरणों में किया जाता है जो बल, दबाव, त्वरण को मापते हैं। उनके पास उच्च स्तर की आवृत्ति और कठोरता है। प्रतिक्रिया के साथ उपकरण अल्ट्रासोनिक कंपन में उपयोग किया जाता है, तनाव को विरूपण, संतुलन में परिवर्तित करता है। यदि एक ही समय में दोनों प्रभावों को ध्यान में रखा जाता है, तो यह विकल्प पीज़ोरेसोनेटर के लिए उपयुक्त है जो एक प्रकार की ऊर्जा को दूसरे प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।

विपरीत दिशा में जुड़े सकारात्मक उपकरण स्वचालित दोलनों पर काम करते हैं और जनरेटर में उपयोग किए जाते हैं। उनके आवेदन का दायरा व्यापक है, क्योंकि ठीक से बनाए जाने पर उनमें उच्च स्थिरता होती है। वांछित प्रभाव प्राप्त करने और सही जानकारी प्राप्त करने के लिए अक्सर कई पीजो रेज़ोनेटर का उपयोग किया जाता है।

कन्वर्टर्स के नुकसान

इन उपकरणों में बड़ी संख्या में सकारात्मक पहलू हैं। हालांकि, उनके पास नकारात्मक विशेषताएं भी हैं:

• आउटपुट प्रतिरोध - अधिकतम;
• मापने वाले सर्किट और केबल सख्त आवश्यकताओं और दिशानिर्देशों के आधार पर बनाए जाने चाहिए।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की गणना शुरू में गुंजयमान आवृत्ति के लिए समीकरण सूत्र प्राप्त करती है: F_p =0.24 ·c·. प्लेट की मोटाई: h=F_p a² / 0.24 c=35 10³ 25 10 ^-6/ 0.24 2900=1.257 10^-3मी. ऊर्जा विशेषताओं की गणना निम्नानुसार की जाती है: W_ak =W_ak.ud S=40 4.53 10^-3.