Πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο χαλαζία
Ένας κρύσταλλος χαλαζία είναι ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό που μπορεί να παράγει μια τάση ανάλογη προς την τάση που ασκείται πάνω του. Για την εφαρμογή, ένας φυσικός κρύσταλλος χαλαζία πρέπει να κοπεί σε σχήμα λεπτού δίσκου ορθογώνιου ή ωοειδούς σχήματος ομοιόμορφου πάχους. Κάθε κρύσταλλος έχει τρία σύνολα αξόνων - Οπτικούς άξονες, τρεις ηλεκτρικούς άξονες OX1, OX2 και OX3 με 120 μοίρες μεταξύ τους και τρεις μηχανικούς άξονες OY1, OY2 και OY3 επίσης σε 120 βαθμούς μεταξύ τους. Οι μηχανικοί άξονες θα είναι κάθετες προς τους ηλεκτρικούς άξονες. Μερικές από τις παραμέτρους που αποφασίζουν τη φύση του κρυστάλλου για την εφαρμογή είναι
· Γωνία στην οποία κόβεται το δίσκο από φυσικό κρύσταλλο χαλαζία
· Πάχος πλακών
· Διάσταση της πλάκας
· Μέσα τοποθέτησης
Piezoelectric Effect
Ο άξονας ΧΥ ενός πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου και η τεχνική κοπής του φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
XY άξονες ενός πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου
Η κατεύθυνση, κάθετη προς το μεγαλύτερο πρόσωπο, είναι ο αναφερόμενος άξονας κοπής.
Αν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση στις κατευθύνσεις ενός ηλεκτρικού άξονα (άξονας Χ), παράγεται μηχανική καταπόνηση κατά την διεύθυνση του άξονα Υ, ο οποίος είναι κάθετος προς τον σχετικό άξονα Χ. Παρομοίως, εάν δοθεί μηχανική καταπόνηση κατά μήκος του άξονα Υ, ηλεκτρικά φορτία θα παράγονται στις όψεις του κρυστάλλου, κάθετα προς τον άξονα Χ που είναι ορθή γωνία με τον άξονα Υ.
Μερικά από τα υλικά που κληρονομούν το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι ο κρύσταλλος χαλαζία, το άλας Rochelle, το τιτανικό βάριο και τα λοιπά. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτών των κρυστάλλων είναι ότι έχουν υψηλή μηχανική και θερμική ικανότητα κατάστασης, ικανότητα αντοχής υψηλής τάσης, χαμηλής διαρροής και καλής απόκρισης συχνότητας κ.ο.κ.
Ένας πιεζοηλεκτρικός μορφοτροπέας μπορεί να λειτουργεί σε έναν από τους διάφορους τρόπους λειτουργίας όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο
Πιεζοηλεκτρικός ανιχνευτής
Η κύρια αρχή ενός πιεζοηλεκτρικού μορφοτροπέα είναι ότι μια δύναμη, όταν εφαρμόζεται στον κρύσταλλο χαλαζία, παράγει ηλεκτρικά φορτία στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Το φορτίο που παράγεται κατ 'αυτόν τον τρόπο μπορεί να καλείται πιεζοηλεκτρικό. Η πιεζοηλεκτρική ενέργεια μπορεί να οριστεί ως η ηλεκτρική πόλωση που παράγεται με μηχανική καταπόνηση σε ορισμένες κλάσεις κρυστάλλων. Ο ρυθμός παραγόμενης φόρτισης θα είναι ανάλογος με τον ρυθμό μεταβολής της δύναμης που εφαρμόζεται ως είσοδος. Καθώς το παραγόμενο φορτίο είναι πολύ μικρό, απαιτείται ενισχυτής φορτίου έτσι ώστε να παράγεται μια τάση εξόδου αρκετά μεγάλη ώστε να μετράται. Η συσκευή είναι επίσης γνωστή ότι είναι μηχανικά άκαμπτη. Για παράδειγμα, αν δοθεί δύναμη 15 kiloN στον μορφοτροπέα, μπορεί να εκτρέπεται μόνο σε μέγιστο 0,002 mm. Αλλά η απόκριση εξόδου μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 100KiloHz. Αυτό αποδεικνύει ότι η συσκευή είναι η καλύτερη εφαρμογή για δυναμικές μετρήσεις.
Το σχήμα δείχνει έναν συμβατικό πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα με ένα πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο που εισάγεται μεταξύ μίας στερεής βάσης και του μέλους αθροίσεως δυνάμεως. Αν ασκείται δύναμη στη θύρα πίεσης, η ίδια δύναμη θα πέσει στο μέλος αθροίσεως δυνάμεων. Έτσι, μια διαφορά δυναμικού θα δημιουργηθεί στον κρύσταλλο λόγω της περιουσίας του. Η παραγόμενη τάση θα είναι ανάλογη προς το μέγεθος της εφαρμοζόμενης δύναμης.
Πιεζοηλεκτρικός ανιχνευτής
Ο πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας μπορεί να μετρήσει την πίεση με τον ίδιο τρόπο α δύναμη ή ένα μπορεί να μετρηθεί η επιτάχυνση . Για τη μέτρηση χαμηλής πίεσης πρέπει να αντισταθμίζεται η πιθανή δόνηση της ποσότητας. Η στοίβα δίσκου χαλαζία μέτρησης πίεσης αντιμετωπίζει την πίεση μέσα από ένα διάφραγμα και στην άλλη πλευρά αυτής της στοίβας, η αντισταθμιστική μάζα ακολουθούμενη από ένα αντισταθμιστικό χαλαζία.
Εφαρμογές
1. Λόγω της εξαιρετικής απόκρισης συχνότητας, χρησιμοποιείται κανονικά ως επιταχυνσιόμετρο, όπου η έξοδος είναι της τάξεως (1-30) mV ανά βαρύτητα επιτάχυνσης.
2. Η συσκευή συνήθως έχει σχεδιαστεί για χρήση ως προεντεταμένη βίδα έτσι ώστε να μπορούν να γίνουν και μετρήσεις δύναμης τάσης και συμπίεσης.
3. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της δύναμης, της πίεσης και της μετατόπισης από την άποψη της τάσης.
Πλεονεκτήματα
1. Απόκριση πολύ υψηλής συχνότητας.
2. Self-generating, έτσι δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή.
3. Απλή στη χρήση καθώς έχουν μικρές διαστάσεις και μεγάλη κλίμακα μέτρησης.
4. Το τιτανικό βάριο και ο χαλαζίας μπορούν να κατασκευαστούν σε οποιοδήποτε επιθυμητό σχήμα και μορφή. Έχει επίσης μεγάλη διηλεκτρική σταθερά. Ο άξονας κρυστάλλου είναι επιλέξιμος με προσανατολισμό της κατεύθυνσης προσανατολισμού.
Ένας ανιχνευτής LTRASONIC μπορεί να προσαρμοστεί στις εφαρμογές σας, να ταιριάζει με τον κατάλληλο τύπο και να σας προσφέρει μια επαγγελματική λύση.
