Piezoelectric Transducer คืออะไร? แผนภาพวงจรการทำงานและการใช้งาน

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





ในชีวิตประจำวันของเราเราเจอสถานการณ์ต่างๆที่เราต้องวัดปริมาณทางกายภาพเช่นความเค้นเชิงกลที่ใช้กับโลหะระดับอุณหภูมิระดับความดัน ฯลฯ ... สำหรับการใช้งานทั้งหมดนี้เราจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาณที่ไม่ทราบเหล่านี้เป็นหน่วยและ การสอบเทียบที่เราคุ้นเคย อุปกรณ์หนึ่งที่มีประโยชน์กับเรามากที่สุดคือ TRANSDUCER . ตัวแปลงสัญญาณเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถแปลงปริมาณทางกายภาพประเภทใดก็ได้ในรูปของปริมาณไฟฟ้าตามสัดส่วนไม่ว่าจะเป็นแรงดันไฟฟ้าหรือ กระแสไฟฟ้า . จากสระว่ายน้ำขนาดใหญ่ของตัวแปลงสัญญาณประเภทต่างๆบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายเกี่ยวกับ เพียโซอิเล็กทริกทรานสดิวเซอร์ .

Piezoelectric Transducer คืออะไร?

คำจำกัดความของตัวแปลงสัญญาณ Piezoelectric เป็น ตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสามารถแปลงไฟล์ ปริมาณทางกายภาพเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสามารถใช้ในการวัดได้ ตัวแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่ใช้คุณสมบัติของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกสำหรับการแปลงปริมาณทางกายภาพเป็นสัญญาณไฟฟ้าเรียกว่าก ตัวแปลงสัญญาณ piezoelectric




Piezoelectric Transducer

Piezoelectric Transducer

วัสดุเพียโซอิเล็กทริกจัดแสดงทรัพย์สินของ piezoelectricity ตามที่การประยุกต์ใช้ความเค้นเชิงกลหรือความเครียดทางกลทุกประเภทนำไปสู่การสร้างแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนกับความเครียดที่ใช้ แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้นี้สามารถวัดได้โดยใช้แรงดันไฟฟ้า เครื่องมือวัด เพื่อคำนวณค่าความเค้นหรือความเครียดที่ใช้กับวัสดุ



ประเภทของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก

วัสดุเพียโซอิเล็กทริกบางประเภท ได้แก่ :

คนที่มีอยู่ตามธรรมชาติ: ควอตซ์, เกลือโรแชลล์, โทปาซ, แร่ธาตุในกลุ่มทัวร์มาลีนและสารอินทรีย์บางชนิดเช่นไหมไม้เคลือบฟันกระดูกผมยางเนื้อฟัน ผลิตเทียม วัสดุเพียโซอิเล็กทริก ได้แก่ Polyvinylidene difluoride, PVDF หรือ PVF2, Barium titanate, Lead titanate, Lead zirconate titanate (PZT), Potassium niobate, lithium niobate, lithium tantalate, other lead-free piezoelectric ceramics.

ไม่สามารถใช้วัสดุเพียโซอิเล็กทริกทั้งหมดได้ เพียโซอิเล็กทริกทรานสดิวเซอร์ . มีข้อกำหนดบางประการที่ต้องปฏิบัติตามโดยวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่จะใช้เป็นตัวแปลงสัญญาณ วัสดุที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการวัดควรมีความเสถียรของความถี่ค่าเอาต์พุตสูงไม่ไวต่อสภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่รุนแรงและสามารถมีได้ในรูปทรงต่างๆหรือควรมีความยืดหยุ่นเพื่อผลิตเป็นรูปทรงต่างๆโดยไม่รบกวนคุณสมบัติ


น่าเสียดายที่ไม่มีวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่มีคุณสมบัติเหล่านี้ทั้งหมด ควอตซ์ เป็นคริสตัลที่มีความเสถียรสูงซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติ แต่มีระดับเอาต์พุตน้อย สามารถวัดค่าพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆได้ด้วยควอตซ์ เกลือ Rochelle ให้ค่าผลผลิตสูงสุด แต่มีความไวต่อสภาวะแวดล้อมและไม่สามารถใช้งานได้สูงกว่า 1150F

Piezoelectric Transducer ทำงาน

Piezoelectric Transducer ทำงานร่วมกับหลักการของเพียโซอิเล็กทริก หน้าปัดของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกซึ่งเป็นควอตซ์ปกติเคลือบด้วยวัสดุนำไฟฟ้าบาง ๆ เช่นเงิน เมื่อความเค้นใช้ไอออนในวัสดุจะเคลื่อนที่ไปยังพื้นผิวตัวนำหนึ่งในขณะที่เคลื่อนที่ออกจากอีก ส่งผลให้เกิดประจุ ประจุนี้ใช้สำหรับการสอบเทียบความเค้น ขั้วของประจุที่ผลิตขึ้นอยู่กับทิศทางของความเค้นที่ใช้ ความเครียดสามารถประยุกต์ใช้ในสองรูปแบบเป็น C ความเครียด ompressive และ ความเครียดแรงดึง ดังแสดงด้านล่าง

การทำงานของ Piezoelectric Transducer

การทำงานของ Piezoelectric Transducer

สูตร Piezoelectric Transducer

การวางแนวของคริสตัลยังส่งผลต่อปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้น สามารถจัดเรียงคริสตัลในตัวแปลงสัญญาณได้ ตำแหน่งตามยาว หรือ ตำแหน่งตามขวาง .

สูตร Piezoelectric Transducer

สูตร Piezoelectric Transducer

ผลตามยาวและตามขวาง

ในเอฟเฟกต์ตามยาวประจุที่สร้างขึ้นจะได้รับจาก

Q = F * ง

โดยที่ F คือแรงที่กระทำ d คือสัมประสิทธิ์เพียโซอิเล็กทริกของคริสตัล

ค่าสัมประสิทธิ์ Piezoelectric d ของผลึกควอตซ์อยู่ที่ประมาณ 2.3 * 10-12C / N.

ในเอฟเฟกต์ตามขวางประจุที่สร้างขึ้นจะถูกกำหนดโดย

ถาม = F * d * (b / a)

เมื่ออัตราส่วน b / a มากกว่า 1 ประจุที่เกิดจากการจัดเรียงตามขวางจะมากกว่าจำนวนที่เกิดจากการจัดเรียงตามยาว

วงจร Piezoelectric Transducer

การทำงานของตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกพื้นฐานสามารถอธิบายได้จากรูปด้านล่าง

วงจร Piezoelectric Transducer

วงจร Piezoelectric Transducer

คริสตัลควอตซ์ที่เคลือบด้วยเงินถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อมีการใช้ความเค้น เครื่องขยายเสียงใช้ในการวัดประจุที่ผลิตโดยไม่กระจาย ในการดึงกระแสที่ต่ำมากความต้านทาน R1 จึงสูงมาก ความจุของลวดตะกั่วที่เชื่อมต่อตัวแปลงสัญญาณและ เซ็นเซอร์ piezoelectric ยังมีผลต่อการสอบเทียบ ดังนั้นจึงมักวางเครื่องขยายประจุไฟฟ้าไว้ใกล้กับเซ็นเซอร์มาก

ดังนั้นในตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกเมื่อใช้ความเค้นเชิงกลจะมีการสร้างแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนซึ่งขยายโดยใช้แอมพลิฟายเออร์ประจุและใช้สำหรับการสอบเทียบความเค้นประยุกต์

Piezoelectric Ultrasonic Transducer

ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิกทำงานบนหลักการของการสนทนา ผล piezoelectric . ในผลกระทบนี้เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับวัสดุเพียโซอิเล็กทริกจะได้รับการเปลี่ยนรูปทางกายภาพตามสัดส่วนกับประจุที่ใช้ วงจรของ เครื่องแปลงสัญญาณอัลตราโซนิก ได้รับด้านล่าง

อัลตราโซนิก Piezoelectric Transducer

อัลตราโซนิก Piezoelectric Transducer

ที่นี่ โป่งข่าม วางอยู่ระหว่างแผ่นโลหะ A และ B สองแผ่นซึ่งเชื่อมต่อกับ L3 หลักของหม้อแปลง หลักของหม้อแปลงไฟฟ้าคู่กับ ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ . ขดลวด L1 และ L2 ซึ่งเป็นรูปแบบรองของหม้อแปลงเชื่อมต่อกับออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

เมื่อเปิดแบตเตอรี่ออสซิลเลเตอร์จะสร้างพัลส์แรงดันไฟฟ้าสลับความถี่สูงที่มีความถี่ f = 1 ÷ (2π√L1C1) ด้วยเหตุนี้ e.m.f จึงถูกเหนี่ยวนำใน L3 ซึ่งถูกถ่ายโอนไปยังผลึกควอทซ์ผ่านแผ่น A และ B เนื่องจากผลกระทบของเพียโซอิเล็กทริกที่สลับกันทำให้คริสตัลเริ่มหดตัวและขยายตัวอีกทางหนึ่งเพื่อสร้างการสั่นสะเทือน

การสั่นพ้องจะเกิดขึ้นเมื่อความถี่ของ ออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ เท่ากับความถี่ธรรมชาติของควอตซ์ ณ จุดนี้ควอตซ์ก่อให้เกิด คลื่นอัลตราโซนิกตามยาว แอมพลิจูดขนาดใหญ่

แอพพลิเคชั่น Piezoelectric Transducer

  • เนื่องจากวัสดุเพียโซอิเล็กทริกไม่สามารถวัดค่าคงที่ได้จึงใช้เป็นหลักในการวัดความขรุขระของพื้นผิวในเครื่องวัดความเร่งและตัวรับแรงสั่นสะเทือน
  • พวกเขาใช้ใน เครื่องวัดแผ่นดินไหว เพื่อวัดการสั่นสะเทือนในจรวด
  • ในมาตรวัดความเครียดเพื่อวัดแรงความเครียดการสั่นสะเทือน ฯลฯ ...
  • ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อวัดการระเบิดในเครื่องยนต์
  • เหล่านี้ใช้ใน การถ่ายภาพอัลตราโซนิก ในการใช้งานทางการแพทย์

ข้อดีและข้อ จำกัด ของ Piezoelectric Transducers

ข้อดีและข้อ จำกัด ของตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกมีดังต่อไปนี้

ข้อดี

  • สิ่งเหล่านี้เป็นตัวแปลงสัญญาณที่ใช้งานอยู่นั่นคือไม่ต้องใช้พลังงานภายนอกในการทำงานดังนั้นจึงสร้างขึ้นเอง
  • การตอบสนองความถี่สูงของทรานสดิวเซอร์เหล่านี้เป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

ข้อ จำกัด

  • อุณหภูมิและสภาพแวดล้อมอาจส่งผลต่อพฤติกรรมของทรานสดิวเซอร์
  • พวกเขาสามารถวัดความดันที่เปลี่ยนแปลงเท่านั้นดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ในขณะที่วัดพารามิเตอร์คงที่

ดังนั้นทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ Piezoelectric Transducer , หลักการทำงาน, สูตร, วงจรที่มีการทำงาน, ข้อดี, ข้อ จำกัด และการใช้งาน จากข้อมูลข้างต้นมีการใช้งานตัวแปลงสัญญาณ Piezoelectric ที่หลากหลายตามที่เราได้กล่าวไป คุณใช้ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกสำหรับแอปพลิเคชันใด ประสบการณ์ของคุณเป็นอย่างไร?