تنتمي هذه المحولات إلى مجموعة فرعية من المولدات ، وهي تعتمد على الشحنات الكهربائية المتراكمة ميكانيكيًا. نتيجة لذلك ، يتم تمييز العلاقة التالية: Q=d P. في هذه الحالة ، d هو معامل كهرضغطية ، و P هي القوة. كقاعدة عامة ، تكون المادة عبارة عن كوارتز ، تورمالين ، مخاليط تلدين ، باريوم ، رصاص. لتصميم محول كهرضغطية ، من الضروري استخدام أنماط الحمل: الضغط ، والانحناء ، والقص ، والشد.
تأثير كهرضغطية مباشر وعكسي
يتميز التأثير المباشر بما يلي: تشكل المادة البلورية المستخدمة شبكة بسبب الأيونات المشحونة المرتبة بترتيب معين. في هذه العملية ، تتناوب الجسيمات غير المتشابهة وتعوض بعضها البعض ، مما يؤدي إلى الحياد الكهربائي. تحتوي البلورات على ميزات يشار إليها على النحو التالي:
- تناظر فيما يتعلق بالمحور ؛
- بالنظر إلى العرض السابق ، تظهر شبكة مع الأيونات التي تتناوب وتعوض.
إذا كانت المادة المستخدمة في العملية موجهة إلى القوة Fx، إذنمشوهة ، المسافة بين الشحنات الموجبة والسالبة تتغير ، والاتجاه في المحور المعطى مكهرب. يتم التعبير عن كل هذا في الصيغة q=d11Fxويتناسب مع القوة. يرتبط المعامل بالمادة وحالتها ، وله اسم - الوحدة النمطية الكهرضغطية. يتم تحديد الفهارس من خلال القوة والحافة ، ولكن إذا قمت بتغيير الاتجاه ، سيكون التأثير مختلفًا.
محول الطاقة الكهرضغطية في العملية المباشرة يكهرب البلورات تحت تأثير القوى الخارجية. يحدث هذا التأثير تحت تأثير المواد الكهربائية. لصنع أدوات القياس ، ستحتاج إلى بلورات الكوارتز. أي أن مبدأ تشغيل محول الطاقة الكهرضغطية على النحو التالي: مع التأثير المباشر ، يتم تنفيذ الإجراء من خلال الميكانيكا ، ومع العكس ، تتشوه البلورات.
تأثيرات بيزو إضافية
يمكن استقطاب الكريستال عندما تتعرض اللوحة لقوى على المحورين X و Y. Fy- عرضي ، مع Fz لا توجد رسوم. تقع بلورة الكوارتز على ثلاثة محاور إحداثيات. من أجل استخدام محولات الطاقة الكهرضغطية ، من الضروري قطع الصفيحة التي تشير إلى التأثير. يحتوي على الوصف التالي:
- قوة عالية
- الجهد المسموح به حتى 108N / m2، وبالتالي من الممكن وجود قوى كبيرة قابلة للقياس ؛
- صلابة ومرونة ؛
- الحد الأدنى من الاحتكاك بالداخل ؛
- استقرار ،الذي لا يتغير ؛
- أقصى عامل جودة للمواد المصنعة
تستخدم ألواح الكوارتز فقط في محولات الطاقة التي تقيس الضغط والقوة. نظرًا لصلابة المادة ، يصعب معالجتها ، لذلك يتم إنشاء شكل بسيط منها. المعامل ثابت عند درجة حرارة ثابتة. إذا زاد ، في هذه الحالة يكون هناك انخفاض في الوحدة. تختفي الخصائص الكهرضغطية عند 573 درجة مئوية.
وصف الجهاز ودوائر القياس
يحتوي محول الضغط الكهرضغطية على الهيكل التالي:
- غشاء اسفل العلبة
- البطانة الخارجية مؤرضة ، والوسط معزول بالكوارتز ؛
- لوحات ذات مقاومة عالية ، متصلة بالتوازي ؛
- يتم تثبيت الرقاقة واللب الداخلي للكابل في فتحة مغلقة بغطاء.
طاقة الخرج ضئيلة ، في هذا الصدد ، يتم توفير مكبر للصوت بمقاومة كبيرة. يعتمد الجهد بشكل أساسي على سعة دائرة الإدخال. تشير خصائص محول الطاقة إلى الحساسية والسعة. في الأساس ، هذه هي مؤشرات الشحن والجهاز الخاص. إذا تم حسابها في المجموع ، فسيتم الحصول على طاقة الخرج التالية: Sq =q / F أو Uxx=د11F / Co.
لتوسيع نطاق التردد ، من الضروري زيادة المتغيرات المنخفضة المقاسة نحو دائرة زمنية ثابتة. من السهل القيام بذلك عن طريق التشغيلالمكثفات الموجودة بالتوازي مع الجهاز. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، سينخفض جهد الخرج. المقاومة التي تمت زيادتها ستوسع النطاق دون فقدان الحساسية. ولكن من أجل زيادتها ، هناك حاجة إلى تحسين جودة العزلة ومكبرات الصوت مع مدخلات عالية المقاومة.
وصف دوائر القياس
تحدد المقاومة النوعية والمقاومة السطحية الخاصة بها ، والمكون الرئيسي للكوارتز أعلى ، لذلك يجب إغلاق محول الطاقة الكهرضغطية. نتيجة لذلك ، تم تحسين الجودة وحماية السطح من الرطوبة والأوساخ. تم إنشاء دوائر قياس المستشعرات كمضخمات عالية المقاومة ، والتي كانت تستند إلى مرحلة خرج ترانزستور ذات تأثير ميداني ومكبر صوت غير مقلوب مع جهاز تشغيلي. يتم توفير الجهد للمدخلات والمخرجات
ومع ذلك ، فإن محول الطاقة الكهرضغطية القديم هذا به عيوب:
- اعتماد جهد الخرج والحساسية فيما يتعلق بحجم المستشعر ؛
- سعة غير مستقرة تتغير بسبب ظروف درجة الحرارة.
يتم تحديد جهد مكبر الصوت والحساسية من خلال الخطأ المسموح به ، إذا تم استكمال الحجم الثابت المضمّن بـ C1. الصيغة: ys=(ΔCo + ΔCk) / (Co+ Ck + C1 ). بعد التحول نحصل على: S=Ubx/ F. إذا زاد المعامل ، على التوالي ، زادت هذه المتغيرات. تتميز دائرة القياس بـ:
- جدول زمني ثابت
- المقاومة R يتم تحديدها من خلال كسب المدخلات ، وعزل المستشعرات ، والكابلات ، و R3؛
- ترانزستورات MOS أقوى من الأجهزة الميدانية ولكنها ذات مستوى ضوضاء مرتفع ؛
- R3يستقر الجهد ، ويتم حساب قيمته على النحو التالي~1011أوم
عند تحليل المتغير الأخير ، يمكننا أن نفترض أن الخط الزمني الثابت هو كما يلي: t ≦ 1c. يمكن للأجهزة اليوم استخدام مستشعرات كهرضغطية مع مضخمات جهد لشحنها.
مزايا الجهاز
يتميز محول الطاقة الكهرضغطية بالمزايا التالية:
- تجميع هيكلي سهل
- أبعاد ؛
- موثوقية ؛
- تحويل الجهد الميكانيكي إلى شحنة كهربائية ؛
- متغيرات يمكن قياسها بسرعة.
في حالة وجود مادة مثل الكوارتز ، والتي تكون قريبة من الحالة المثالية للجسم ، يمكن تحويل الميكانيكا إلى شحنة كهربائية بحد أدنى للخطأ من -4 إلى -6. ومع ذلك ، فقد أدى تطوير التكنولوجيا عالية الدقة إلى تحسين القدرة على تحقيق الدقة غير المفقودة. نتيجة لذلك ، يمكننا أن نستنتج أن هذه المحولات الكهرضغطية هي الأنسب لقياس القوى والضغط والعناصر الأخرى.
تسريع PET له الهيكل التالي:
- جميع المواد متصلة بقاعدة التيتانيوم ؛
- اثنان يعملان في وقت واحد على عناصر كهرضغطيةمن الكوارتز ؛
- كتلة بالقصور الذاتي عالية الكثافة مصممة للأبعاد الدنيا ؛
- إزالة الإشارة برقائق نحاسية ؛
- هي بدورها متصلة بكابل ملحوم
- مستشعر مغطى بغطاء مثبت في القاعدة ؛
- لإصلاح العداد على الكائن ، قص الخيط.
على الرغم من الكتلة ، فإن المستشعر مستقر تمامًا وكثيف. تعمل بسرعة 150 م / ث2.
ميزات تصميم المحولات
إذا كان من الضروري تصنيع مستشعر مقياس التسارع ، فمن المهم توصيل لوحات استشعار الضغط بالقاعدة بشكل صحيح. يتم تنفيذ هذا الإجراء عن طريق اللحام. يجب أن يفي الكابل بالمتطلبات التالية:
- يجب أن تكون مقاومة العزل عالية ؛
- يتم وضع الشاشة بجانب غرفة المعيشة ؛
- مضاد للاهتزاز ؛
- المرونة
أي أنه لا ينبغي اهتزاز الكابل عند إدخال مكبر الصوت. يتم إنشاء دائرة القياس بشكل متماثل بحيث لا يحدث التداخل. في المستشعر ، يكون الاتصال غير متماثل ، ومقاومة الخيوط والحالة متصلة بطريقة يتم فيها الحصول على عزل الألواح الخارجية. لتحقيق النتيجة المرجوة ، يجب أن يكون العداد مصنوعًا من عدد فردي من المواد المستخدمة في العملية. يتم ضغط العناصر على مكبر الصوت من خلال فتحات في الجزء المركزي ومن خلال العوازل التي يتم تثبيتها في العلبة.
ميزات أجهزة قياس الاهتزاز
لزيادة حساسية جهاز القياس ، من الضروري استخدام عناصر كهرضغطية ذات معامل عالي. هذهيتم وضع المادة بالتوازي على التوالي ومتصلة بحشيات وألواح معدنية. للحصول على تأثير مماثل ، لا يزال من الممكن استخدام المواد التي تعمل على الانحناء. ومع ذلك ، فهي منخفضة التردد وأقل شأنا من ميكانيكا الضغط.
يمكن أن تكون المادة ثنائية الشكل ، وعادة ما يتم جمعها في سلسلة أو بالتوازي ، كل هذا يتوقف على المحاور الموجبة. كقاعدة عامة ، هذان صحنان. إذا تم أخذ الطبقة المحايدة في الاعتبار ، فيمكن استخدام تراكب مصنوع من المعدن بسماكة متوسطة بدلاً من عنصر كهرضغطية.
لقياس الإشارات التي تتحرك ببطء كافٍ ، قم بما يلي:
- محول طاقة كهرضغطية مضمن في المذبذب ؛
- الكريستال بتردد الرنين ؛
- بمجرد حدوث الحمل ، ستتغير المؤشرات.
اليوم ، أجهزة قياس التسارع بيزو هي أجهزة متطورة يمكن أن تكون عالية التردد ، مع حساسية قوية.
مصدر طاقة بديل من خلال المحولات
واحدة من وسائل توليد الكهرباء الشهيرة والتي لا تنضب هي طاقة الأمواج. يتم تركيب هذه المحطات مباشرة في البيئة المائية. ترتبط هذه الظاهرة بأشعة الشمس ، التي تعمل على تسخين كتلة الهواء ، والتي تنشأ بسببها الموجات. عمود هذه الظاهرة له شدة طاقة تحددها قوة الرياح ، عرض جبهات الهواء ، مدة العواصف.
قد تتقلب القيمة في المياه الضحلة أو تصل إلى 100 كيلوواط لكل متر.يعمل محول طاقة الموجة الكهرضغطية وفقًا لمبدأ معين. يرتفع مستوى الماء عن طريق الموجة ، في هذه العملية يتم ضغط الهواء خارج الوعاء. ثم يتم تمرير التدفقات من خلال التوربينات العكسية. تدور الوحدة في اتجاه معين بغض النظر عن حركة الأمواج.
هذا الجهاز له خاصية إيجابية. حتى اليوم ، لا يمكن توقع تحسين التصميم ، لأن الكفاءة ومبدأ التشغيل قد تم إثباتهما بكل الطرق الموجودة. في عملية التقدم التكنولوجي ، يمكن بناء محطات عائمة.
محول كهرضغطية بالموجات فوق الصوتية
تم تصميم هذا الجهاز بحيث لا يتطلب إعدادات إضافية. وهي مجهزة بذاكرة كتلة تعطي النتيجة الفنية. يشير إلى أجهزة التحكم والقياس. تختلف هذه الأجهزة من حيث النوع والخصائص التقنية ، والتي يتم تجميعها على أساس بيانات التصميم والغرض مع الحد الأدنى من الأخطاء. يتم اعتبار جميع المتطلبات بناءً على التصميم.
لجميع هذه الأجهزة ، يتم توفير مخطط إنشاء قياسي: كاشف للخلل ، ومبيت ، وأقطاب كهربائية ، والعنصر الرئيسي الذي يتم تثبيته بالقاعدة ، والقلب ، والرقائق وغيرها من المواد. محول الطاقة الكهروإجهادية بالموجات فوق الصوتية هو نموذج منفعة. يسمح لك باستقبال البيانات مباشرة باستخدام الصوت المثبت على قاعدة الجهاز.
تطبيقات محول بيزو
مع الأجهزةيستخدم التأثير المباشر في الأدوات التي تقيس القوة والضغط والتسارع. لديهم مستوى عال من التردد والقسوة. يتم استخدام الأجهزة ذات التغذية الراجعة في الاهتزازات فوق الصوتية ، وتحويل الضغط إلى تشوه ، وتحقيق التوازن. إذا تم أخذ كلا التأثيرين في الاعتبار في نفس الوقت ، فإن هذا الخيار مناسب لمضخات الضغط التي تحول نوعًا من الطاقة إلى نوع آخر بسرعة.
أجهزة موجبة ، متصلة بالاتجاه المعاكس ، تعمل على تذبذبات أوتوماتيكية وتستخدم في المولدات. نطاق تطبيقها واسع النطاق ، حيث تتمتع باستقرار عالٍ عند إنشائها بشكل صحيح. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام عدة مرنانات بيزو لتحقيق التأثير المطلوب والحصول على المعلومات الصحيحة.
عيوب المحولات
لهذه الأجهزة عدد كبير من الجوانب الإيجابية. ومع ذلك ، لديهم أيضًا ميزات سلبية:
- مقاومة الإخراج - الحد الأقصى ؛
- يجب إنشاء دوائر القياس والكابلات بناءً على متطلبات وإرشادات صارمة.
حساب محول الطاقة الكهرضغطية يشتق مبدئيًا معادلة المعادلة لتردد الرنين: Fp =0.24 · c ·. سمك اللوحة: h=Fpa2/ 0.24 c=35 10325 10-6/ 0.24 2900=1.257 10-3م. يتم حساب خصائص الطاقة على النحو التالي: Wak=Wak.udS=40 4.53 10-3.
