Пьезоэлемент как проверить – Пищалка Ардуино — как подключить к Arduino активный и пассивный модуль

  • 23.12.2020

Содержание

Как проверить пьезоэлемент мультиметром

Влажность воздуха в жилом помещении является обязательным параметром для жизнедеятельности людей и растений. Всему живому, и даже неживому, на земле необходима вода, которая находится в воздушных массах.

В соответствии с ГОСТ 30494-96 оптимальными показателями являются

  • 40-70 % влажности в закрытом помещении для людей.
  • 50-75 % влажности для комнатных растений.
  • До 60% влажности для бумажных изделий, к примеру, книг и ценных вещей, мебели и бытовых приборов.

От низких показателей влажности страдает все вокруг. К примеру, в Сахаре влажность составляет около 25%, а в городской квартире в отопительный период – около 20%. Сухость в помещении приводит к ослаблению иммунной системы, частым простудам, аллергии и многих иным заболеваниям. Повысить влажность в помещении можно с помощью ультразвукового увлажнителя.

Особенности прибора

Ультразвуковые увлажнители относятся к разряду надежной и эффективной техники для дома. Принцип увлажнения воздуха прибором заключается в использовании уникальной мембраны.

Ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха под воздействием высокочастотных колебаний превращает залитую в резервуар воду во влажную пыль. С помощью вентилятора, воздух из комнаты засасывается в прибор, проходит сквозь водяную пыль, очищается и насыщается влажностью и подается обратно в комнату, но уже в виде тумана. Принцип холодного пара позволяет применять прибор в помещениях, где живут маленькие дети: пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха не греет воду и является безопасным в использовании.

Важно! При работе длительное время ультразвуковой прибор может понижать температуру в комнате за счет насыщения воздуха холодным туманов. Устранить такую неприятность просто: включить функцию «Теплый пар» и подогреть воздушные массы.

Достоинства

  • Наличие гидростата, который позволяет в ручном режиме регулировать показатели влажности.
  • Автоматическое управление приборов: поддержание указанных параметров влажности, отключение при полном испарении воды.
  • Возможность устанавливать параметры влажности вплоть до 70%.
  • Низкая шумность в включенном состоянии: значительно меньше допустимых 40 Дб.
  • Высокая производительность: до 16 л пара в сутки при емкости до 5 л.
  • Потребляет малое количество электроэнергии: до 50 Вт.
  • Оснащаются современной системой фильтрации жидкости.
  • Безопасное использование, достигаемое за счет отсутствия горячего пара.
  • Современный дизайн, возможность выбора цвета, функциональности, габаритов.

Важно! Для повышения длительности эксплуатации прибора необходимо использовать дистиллированную воду. Это поможет также избежать белого налета на мебели и иных поверхностях: дистиллированная вода не имеет примесей и солей.

Недостатки

  • Своевременный уход: чистить прибор необходимо каждые 10 дней.
  • Сложность ремонта.
  • Относительно высокая стоимость.

Устройство ультразвукового увлажнителя

Блок управления прибором

Рабочая схема может быть выполнена в виде отдельного элемента или быть составной индикатора. Она регулирует и настраивает режимы работы прибора, отслеживает показатели датчиков. К примеру, при полном испарении жидкости устройство отключается, при достижении заданных параметром влажности работа также будет прекращена.

Генератор

Схема, которая формирует электрический сигнал. С его помощью задаются электрические колебания необходимой частоты. Как правило, генератор является отдельным элементом.

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха

Элемент, который под воздействием тока вибрирует на высокой частоте. Ультразвук создается на частоте 1,7 мГц, которая не воспринимается слухом человека. Под воздействием ультразвука вода разбивается на мельчайшие частицы и преобразовывается в туман. «Холодный пар» распространяется по комнате, освежая и очищая ее.

Датчики

В ультразвуковых увлажнителях устанавливаются датчики воды и влажности. С их помощью выполняется контроль за наличием жидкости в емкости и показателями влажности в помещении.

Блок питания

Компонент, предназначенный для питания прибора.

Вентилятор

Элемент, используемый для распространения холодного пара по комнате.

Важно! Прежде чем приступить к ремонту прибора следует установить неисправность и ее причину.

Распространенные неисправности

Неприятный запах

Появление стороннего запаха свидетельствует о застое воды, если прибор длительное время не использовался, и вода не была слита. Также причиной может быть засорение системы фильтрации. Решение: полная чистка прибора с использованием специальных средств, замена фильтров.

Отсутствует подача воздуха

В том случае, когда увлажнитель работает, но воздух не идет необходимо проверить работоспособность вентилятора. Причиной неисправности может быть и засорение фильтра воздухозаборной решетки. Решение: замена фильтрующего элемента или вентилятора.

Совсем не включается

При отсутствии питания прибор теряет работоспособность. При обнаружении неприятности проверить есть ли напряжение в линии. Также данная проблема актуальна при выходе из строя предохранителя вилки. Решение: замена предохранителя, вилки или проводов.

Как проверить работоспособность пьезоэлемента

Первым признаком неисправности является отсутствие пара или ослабление парообразования. Устранить неисправность можно самостоятельно, выполнив замену элемента.

Алгоритм замены

  • Отключить прибор от питания.
  • Снять емкость для воды, вытереть насухо прибор.
  • Вскрыть корпус устройства, используя отвертку под тип винтов.
  • Осмотреть элементы на предмет горения, прочности крепления проводов и их целостность, проверить целостность элементов.
  • Найти пьезоэлемент для увлажнителя воздуха, сфотографировать способ подключения проводов или записать их расположение.
  • Отсоединить излучатель.
  • Снять уплотнительные детали.
  • Осмотреть элемент, определить, нет ли механических повреждений.
  • При наличии видимых дефектов заменить элемент на новый, при их отсутствии проверить контакты.
  • Собрать прибор.

Правила безопасности при использовании ультразвукового увлажнителя

  • Увлажнитель воздуха используется строго по назначению: запрещается применять его для сушки белья или проветривания помещения.
  • Поток пара должен быть направлен на безопасное место: запрещается направлять холодный туман на предметы интерьера, бытовую технику, кровать или иную мебель.
  • Ремонтировать прибор необходимо в отключенном состоянии: запрещается работать с увлажнителем в момент питания или при наличии воды.
  • Собирать прибор необходимо в соответствии с первоначальным положением всех элементов и проводов.
  • После ремонта необходимо проверить прибор на работоспособность: включить увлажнитель в защитное УЗО. Если защита сработала – без визита в сервисный центр не обойтись.

Ультразвуковой увлажнитель воздуха требует к себе своевременного внимания. Это прибор инновационного типа, работающий при высоких частотах. Используйте его в соответствии с рекомендациями производителя, и он длительное время будет обеспечивать оптимальную влажность в вашем доме.

Изобретение может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками (ПД), установленными на объекте испытаний. Цель изобретения — повышение качества контроля , определение работоспособности и чувствительности ПД. После проведения испытаний изделия дополнительно измеряют суммарную электрическую емкость пьезодатчика до подачи на пьезодатчик напряжения постоянного тока и после его подачи. Затем определяют их разность и по изменению величин электрических емкостей определяют работоспособность датчика, если она равна О, то датчик неработоспособен . Изменение чувствительности определяют по изменению соотношения величин разности электричесс $ ких емкостей, фиксируемых по двум (Л измерениям в течение заданного интервала Времени. 1 ил.

РЕСПУБЛИН (19) SU (ц! (я) 4 G 01 Ь 27 00

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3794965/24-10 (22) 28,09,84 (46) 07.12.86. Бюл. Ф 45 (72) В, Я. Владимиров и M. И. Гольдман (53) 531.787(088.8) (56) Патент США У 3786348, кл, G 01 R 29/22, Авторское свидетельство СССР

N- 535478, кл. G 01 L 27/00, (54) СПОСОБ ПРОВЕРКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками (ПД), установленными на объекте испытаний, Цель иэобретения — повышение качества контроля, определение работоспособности и чувствительности ПД, После проведения испытаний изделия дополнительно измеряют суммарную электрическую емкость пьезодатчика до подачи на пьезодатчик напряжения постоянного тока и после его подачи. Затем определяют их разность и по изменению величин электрических емкостей определяют работоспособность датчика, если она равна «0» то датчик неработоспособен. Изменение чувствительности определяют по изменению соотношения величин разности электрических емкостей, фиксируемых по двум измерениям в течение заданного интервала времени, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками, установленными на объекте испытаний, для определения их работоспособности при наличии длинной кабельной линии, составляющей пьезодатчики с усилителем, и чувствительности при повторном использовании их в работе, Цель изобретения — повышение качества контроля, а также определение работоспособности и чувствительности пьезоэлектрического датчика.

На чертеже приведена принципиальная схема установки для осуществления способа, Установка содержит пьезодатчик 1, кабельную линию 2, каждая жила которой экранирована, измеритель емкости 4 и разделительный конденсатор 6, Параллельно измерительному каналу подключен источник напряжения постоянного тока 3 через сопротивление 5.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом, 1

К контролируемому измерительному каналу, состоящему из пьезоэлектрического датчика 1 и кабельной линии

2, каждая жила которой экранирована, подключают источник 3 напряжения постоянного тока (типа СИП-Н39029) через резистор 5 (5,1 M0M), который служит для исключения шунтирующего влияния на схему электрической емкости источника 3. К измерительному каналу подключают также измеритель 4 емкости (типа P-589) через конденсатор б (5600ПФ), служащий для электрической развязки с источником 3, Измеряют электрическую емкость С1 пьезодатчика при выключенном источнике 3. Затем включается источник 3 и еще раз измеряется электрическая емкость С пьезодатчика.

Отличие от нуля этой разности говорит о том, что датчик работоспособен, поскольку под действием постоянного напряжения чувствительный элемент пьезодатчика деформируется и от этого изменяется его емкость, При неисправном пьезодатчике разность А С равна О. Величина емкости измерительной кабельной линии в результате измерения величин С Изобретение относится к измерительной технике высоких переменных давлений и позволяет повысить точность градуировки датчиков путем повышения верхнего предела давления в рабочей камере, соответствуюш .его верхнему пределу измерений датчика

Похожие статьи

5 comments on “ Ребят подскажите как проверить работоспособность пьезоэлемента ”

Прерывисто Подключай к батарейке,должен услышать щелчки.

очень прерывисто, тыщи так 3 за секунду норм будет

Если в мультиметре есть функция измерения кондёров, то подключи туда, или к выходу или входу УНЧ.

Хорошо спасибо большое вам

Роман, ещё и полярность нужно менять, а то только первый щелчёк услышишь, и тот тихо.

Пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха

Влажность воздуха в жилом помещении является обязательным параметром для жизнедеятельности людей и растений. Всему живому, и даже неживому, на земле необходима вода, которая находится в воздушных массах.

В соответствии с ГОСТ 30494-96 оптимальными показателями являются

  • 40-70 % влажности в закрытом помещении для людей.
  • 50-75 % влажности для комнатных растений.
  • До 60% влажности для бумажных изделий, к примеру, книг и ценных вещей, мебели и бытовых приборов.

От низких показателей влажности страдает все вокруг. К примеру, в Сахаре влажность составляет около 25%, а в городской квартире в отопительный период – около 20%. Сухость в помещении приводит к ослаблению иммунной системы, частым простудам, аллергии и многих иным заболеваниям. Повысить влажность в помещении можно с помощью ультразвукового увлажнителя.

Особенности прибора

Пьезоизлучатель - это небольшой аккуратный элемент

Пьезоизлучатель — это небольшой аккуратный элемент

Ультразвуковые увлажнители относятся к разряду надежной и эффективной техники для дома. Принцип увлажнения воздуха прибором заключается в использовании уникальной мембраны.

Ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха под воздействием высокочастотных колебаний превращает залитую в резервуар воду во влажную пыль. С помощью вентилятора, воздух из комнаты засасывается в прибор, проходит сквозь водяную пыль, очищается и насыщается влажностью и подается обратно в комнату, но уже в виде тумана. Принцип холодного пара позволяет применять прибор в помещениях, где живут маленькие дети: пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха не греет воду и является безопасным в использовании.

Важно! При работе длительное время ультразвуковой прибор может понижать температуру в комнате за счет насыщения воздуха холодным туманов. Устранить такую неприятность просто: включить функцию «Теплый пар» и подогреть воздушные массы.

Достоинства

  • Наличие гидростата, который позволяет в ручном режиме регулировать показатели влажности.
  • Автоматическое управление приборов: поддержание указанных параметров влажности, отключение при полном испарении воды.
  • Возможность устанавливать параметры влажности вплоть до 70%.
  • Низкая шумность в включенном состоянии: значительно меньше допустимых 40 Дб.
  • Высокая производительность: до 16 л пара в сутки при емкости до 5 л.
  • Потребляет малое количество электроэнергии: до 50 Вт.
  • Оснащаются современной системой фильтрации жидкости.
  • Безопасное использование, достигаемое за счет отсутствия горячего пара.
  • Современный дизайн, возможность выбора цвета, функциональности, габаритов.

Важно! Для повышения длительности эксплуатации прибора необходимо использовать дистиллированную воду. Это поможет также избежать белого налета на мебели и иных поверхностях: дистиллированная вода не имеет примесей и солей.

Недостатки

  • Своевременный уход: чистить прибор необходимо каждые 10 дней.
  • Сложность ремонта.
  • Относительно высокая стоимость.

Устройство ультразвукового увлажнителя

Блок управления прибором

БУ пьезоизлучателем

БУ пьезоизлучателем

Рабочая схема может быть выполнена в виде отдельного элемента или быть составной индикатора. Она регулирует и настраивает режимы работы прибора, отслеживает показатели датчиков. К примеру, при полном испарении жидкости устройство отключается, при достижении заданных параметром влажности работа также будет прекращена.

Генератор

Схема, которая формирует электрический сигнал. С его помощью задаются электрические колебания необходимой частоты. Как правило, генератор является отдельным элементом.

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха

Элемент, который под воздействием тока вибрирует на высокой частоте. Ультразвук создается на частоте 1,7 мГц, которая не воспринимается слухом человека. Под воздействием ультразвука вода разбивается на мельчайшие частицы и преобразовывается в туман. «Холодный пар» распространяется по комнате, освежая и очищая ее.

Датчики

В ультразвуковых увлажнителях устанавливаются датчики воды и влажности. С их помощью выполняется контроль за наличием жидкости в емкости и показателями влажности в помещении.

Блок питания

Компонент, предназначенный для питания прибора.

Вентилятор

Элемент, используемый для распространения холодного пара по комнате.

Важно! Прежде чем приступить к ремонту прибора следует установить неисправность и ее причину.

Распространенные неисправности

Неприятный запах

Появление неприятного запаха - повод проверить работоспособность пьезоизлучателя

Появление неприятного запаха — повод проверить работоспособность пьезоизлучателя

Появление стороннего запаха свидетельствует о застое воды, если прибор длительное время не использовался, и вода не была слита. Также причиной может быть засорение системы фильтрации. Решение: полная чистка прибора с использованием специальных средств, замена фильтров.

Отсутствует подача воздуха

В том случае, когда увлажнитель работает, но воздух не идет необходимо проверить работоспособность вентилятора. Причиной неисправности может быть и засорение фильтра воздухозаборной решетки. Решение: замена фильтрующего элемента или вентилятора.

Совсем не включается

При отсутствии питания прибор теряет работоспособность. При обнаружении неприятности проверить есть ли напряжение в линии. Также данная проблема актуальна при выходе из строя предохранителя вилки. Решение: замена предохранителя, вилки или проводов.

Как проверить работоспособность пьезоэлемента

Первым признаком неисправности является отсутствие пара или ослабление парообразования. Устранить неисправность можно самостоятельно, выполнив замену элемента.

Алгоритм замены

  • Отключить прибор от питания.
  • Снять емкость для воды, вытереть насухо прибор.
  • Вскрыть корпус устройства, используя отвертку под тип винтов.
  • Осмотреть элементы на предмет горения, прочности крепления проводов и их целостность, проверить целостность элементов.
  • Найти пьезоэлемент для увлажнителя воздуха, сфотографировать способ подключения проводов или записать их расположение.
  • Отсоединить излучатель.
  • Снять уплотнительные детали.
  • Осмотреть элемент, определить, нет ли механических повреждений.
  • При наличии видимых дефектов заменить элемент на новый, при их отсутствии проверить контакты.
  • Собрать прибор.

Правила безопасности при использовании ультразвукового увлажнителя

Эта деталь без проблем меняется самостоятельно и стоит недорого

Эта деталь без проблем меняется самостоятельно и стоит недорого

  • Увлажнитель воздуха используется строго по назначению: запрещается применять его для сушки белья или проветривания помещения.
  • Поток пара должен быть направлен на безопасное место: запрещается направлять холодный туман на предметы интерьера, бытовую технику, кровать или иную мебель.
  • Ремонтировать прибор необходимо в отключенном состоянии: запрещается работать с увлажнителем в момент питания или при наличии воды.
  • Собирать прибор необходимо в соответствии с первоначальным положением всех элементов и проводов.
  • После ремонта необходимо проверить прибор на работоспособность: включить увлажнитель в защитное УЗО. Если защита сработала – без визита в сервисный центр не обойтись.

Ультразвуковой увлажнитель воздуха требует к себе своевременного внимания. Это прибор инновационного типа, работающий при высоких частотах. Используйте его в соответствии с рекомендациями производителя, и он длительное время будет обеспечивать оптимальную влажность в вашем доме.

Пьезоэлемент

Дмитрий Левкин

Пьезоэлемент — электромеханический преобразователь, изготавливаемый из пьезоэлектрических материалов, определенной формы и ориентации относительно кристаллографических осей, с помощью которого механическая энергия преобразуется в электрическую (прямой пьезоэффект), а электрическая в механическую (обратный пьезоэффект).

Конструктивно пьезоэлемент представляет из себя пьезокерамику с нанесенными электродами. Пьезоэлементы могут быть разнообразной формы: в виде дисков, колец, трубок, пластин, сфер и др. Для вибраторов и генераторов пьезоэлементы объединяют в пьезостек, чтобы достичь лучших характеристик.

Сменить цвет

Колебания пьезоэлемента
Диаметр: 10 мм
Толщина: 1 мм
Материал: ЦТС-26
Напряжение: 5В
Частота возбуждения: 1МГц
Масштаб колебаний: 30000:1

Посмотреть колебания

ПьезоэлементПьезоэлемент

Остановить колебания

Колебания пьезоэлементаКолебания пьезоэлемента

Рисунок — Колебание свободного пьезоэлемента под действием напряжения (обратный пьезоэффект)

Пьезоэлектрические вещества (пьезоэлектрики), в частности пьезокерамика, имеет то свойство, что при деформации под действием внешнего механического давления на их поверхности возникают электрические заряды. Этот эффект называется прямым пьезоэлектрическим эффектом и был открыт в 1880 г. братьями Кюри.

Справка: Первая статья Жака и Пьера Кюри о пьезоэлектричестве была представлена Минералогическому обществу Франции (Societe mineralogique de France) на сессии 8 Апреля 1880 года и позже Академии наук (Academie des Sciences) на сессии 24 августа 1880 года. Пьер и Жак Кюри впервые открыли прямой пьезоэлектрический эффект у кристалла турмалина. Они заметили, что если оказывать механическое давление на кристалл в определенном направлении, на противоположных сторонах кристалла возникают электрические заряды пропорциональные давлению и противоположной полярности. Позже они открыли подобный эффект у кварца и других кристаллов. В 1880 году Пьеру Кюри был только 21 год [9].

Вскоре после этого (в 1881 г.) был подтвержден и обратный пьезоэффект, а именно что такое вещество, расположенное между двумя электродами, реагирует на приложенное к нему электрическое напряжение изменением своей формы. Первый эффект в настоящее время используется для измерений, а второй – для возбуждения механических давлений, деформаций и колебаний.

Более детальные исследования пьезоэффекта показали, что он объясняется свойством элементарной ячейки структуры материала. При этом элементарная ячейка является наименьшей симметричной единицей материала, из которой путем ее многократного повторения можно получить микроскопический кристалл. Было показано, что необходимой предпосылкой для появления пьезоэффекта является отсутствие центра симметрии в элементарной ячейки.

Элементарная ячейка цирконата титоната свинца
Рисунок 1 – Элементарная ячейка цирконата титоната свинца (ЦТС) при температуре выше точки Кюри (слева) и при температуре ниже точки Кюри (справа)

Здесь можно кратко пояснить пьезоэлектрический эффект на примере титаната бария, часто применяемой пьезоэлектрической керамики со сравнительно простой конструкцией элементарной ячейки. Титанат бария ВаТiO3, как и многие другие пьезокерамические вещества, аналогичен по структуре перовскиту (СаТiО3), по которому и назван этот класс материалов. Элементарная ячейка при температурах выше, критической, которая называется также точкой Кюри, является кубической. Если температура ниже этой критической, то элементарная ячейка тетрагонально искажается по направлению к одной из кромок. В результате изменяются и расстояния между положительно и отрицательно заряженными ионами (рисунок 1, для ВаТiO3 вместо Pb — Ba). Смещение ионов из их первоначального положения очень мало: оно составляет несколько процентов параметра элементарной ячейки. Однако такое смещение приводит к разделению центров тяжести зарядов внутри ячейки, так что образуется электрический дипольный момент. По энергетическим условиям диполи соседних элементарных ячеек кристалла упорядочиваются по областям в одинаковом направлении, образуя так называемые домены.

Поляризация пьезоэлектриков
Рисунок 2 – Неупорядоченная поляризация (слева) и упорядоченная поляризация доменов при наложениии сильного электрического поля (справа)

Направления поляризации доменов распределяются в поликристаллической структуре по статическому закону. Таким образом, неупорядоченные скопления отдельных микрокристаллов в структуре вещества, образующиеся только в спеченной керамики, в макроскопическом смысле вообще не могут давать никакого пьезоэлектрического эффекта. Только после так называемого процесса поляризации, в котором при наложении сильного электрического поля на керамику происходит выравнивание возможно большего числа доменов параллельно друг другу, удается использовать пьезоэлектрические свойства элементарных ячеек. Поляризация обычно проводится при температуре немного ниже температуры Кюри, чтобы облегчить ориентацию доменов. После охлаждения это упорядоченное состояние остается стабильным.

Современные средства проектирования позволяют рассчитать / промоделировать отдельно пьезоэлемент или пьезоэлектрический преобразователь целиком. По согласованию с Инженерными решениями Вы можете заказать расчет парметров пьезоэлектрического преобразователя

Механическое сжатие или растяжение, действующее на пьезоэлектрическую пластину параллельно направлению поляризации, приводит к деформации всех элементарных ячеек. При этом центры тяжести зарядов взаимно смещаются внутри элементарных ячеек, которые расположены теперь преимущественно параллельно, и в результате получается заряд на поверхности [2].

Связь между приложенной силой и результирующим ответом пьезоэлемента зависит от: пьезоэлектрических свойств пьезокерамики, размера и форм образца, направления электрического и механического возбуждения.

По своей природе пьезоэлектрические материалы являются анизотропными кристаллами. Рисунок 3 показывает различные направления и оси ориентации пьезоэлектрического материала. Оси 1, 2 и 3 являются соответственными аналогами осей X, Y, Z классической ортогональной системы координат, в то время как оси 4, 5, и 6 определяют оси вращения. Направление оси 3 является направлением поляризации [1]. Это направление устанавливается во время производства посредством высокого постоянного напряжения, которое создается между электродами.

Направление и ориентация осей пьезоэлектрического материала
Рисунок 3 – Направление и ориентация осей пьезоэлектрического материала

Пьезоэлемент характеризуется следующими свойствами:

а) Относительные диэлектрические постоянные

Относительная диэлектрическая постоянная является отношением диэлектрической проницаемости материала (в этом случае E33T и E11T) к диэлектрической проницаемости вакуума (ε0)

E33T/E0 и E11T/E0, (1)

где ε0 = 8,85· 10-12, Ф/м

Верхний индекс показывает граничные условия действующие на материал в процессе определения значения относительной диэлектрической постоянной. В частности индекс T (в этом случае) говорит о том, что диэлектрическая постоянная измеряется на свободном (не зажатом) образце [3]. А индекс S показывает, что измерения происходят при постоянной деформации пьезокерамики (в зажатом состоянии). Первый нижний индекс показывает направление диэлектрического смещения, а второй – электрического поля [1]. Формула расчета относительной диэлектрической постоянной следующая:

Относительная диэлектрическая постоянная пьезокерамики, (2)

  • где EijT — диэлектрическая проницаемость (одна из двух E11T или E33T), Ф/м
  • t – расстояние между электродами, м,
  • S – площадь электрода, м2,
  • C – емкость, Ф

б) Резонансная частота

Собственная частота пластины по толщине f0 вычисляется по следующей формуле

формула собственной частоты, (3)

где с – скорость звука в материале, м/с [2]

Нажимайте сюда для просмотра колебаний пьезоэлемента!

Частота возбуждения f=25кГц
Масштаб колебаний 200000:1

Рабочий режимРабочий режим

Частота возбуждения f=73,6кГц
Масштаб колебаний 10000:1

Первый резонанс Второй резонанс

Частота возбуждения f=280кГц
Масштаб колебаний 10000:1

Рисунок 4 — Амлитудно-частотная характеристика пьезоэлемента. Виды колебаний на разных частотах

в) Коэффициенты электромеханической связи

Коэффициенты электромеханической связи kp, k33, k15, kt и k31 описывают способность пьезоэлемента превращать энергию из электрической в механическую и наоборот. Квадрат коэффициента электромеханической связи определяется как отношение накопленной преобразованной энергии одного вида (механической или электрической) к входной энергии второго вида (электрической или механической). Индекс показывает относительные направления электрических и механических величин и вид колебаний. Они могут быть связанны с модой колебаний простого преобразователя определенной формы. kp означает взаимосвязь электрической и механической энергии в тонком круглом диске, поляризованном по толщине и колеблющемся в радиальном направлении – планарная мода (рисунок 5а). k31 относится к длинному тонкому бруску с электродами на длинной поверхности. Вид колебаний – растяжение сжатие по длине (рисунок 5б). kt связан с тонким диском или пластиной и определяет растяжения сжатия по толщине (рисунок 5в). k33 соответствует длинному тонкому бруску с электродами на его концах и поляризованному по длине. Вид колебаний – растяжения сжатия по длине (рисунок 5г). k15 описывает энергию преобразованную в сдвиговые колебания по толщине (рисунок 5д) [4].

Этот коэффициент может быть вычислен через резонансную и антирезонансную частоту по формуле.

формула коэффициента электромеханической связи, (4)

  • где fr – резонансная частота, Гц,
  • fa – антирезонансная частота, Гц [5]

Чтобы измерить эти частоты обычно используется анализатор импеданса, с помощью которого можно получить зависимость сопротивления от частоты пьезокерамики (рисунок 6).

По своей природе, резонансная частота возникает, когда система имеет очень маленькое сопротивление, в то время как антирезонанс происходит, когда система имеет очень большое сопротивление. На рисунке 6 частота которая имеет минимальное сопротивление считается резонансной ( fr), а частота с максимальным сопротивлением – антирезонансной ( fa).

Рисунок 5 – Виды колебаний образцов пьезокерамики разной формы

Зависимость сопротивления от частоты у пьезокерамики
Рисунок 6 – Зависимость сопротивления от частоты у пьезокерамики [6]

г) Упругие константы

Упругие свойства пьезоэлектрических материалов характеризуются упругими податливостями (упругие податливости) или упругими жесткостями (упругие жесткости). Упругая податливость определяет величину деформации возникающей под воздействием приложенного механического напряжения. Ввиду того, что под воздействием механического напряжения керамика порождает электрический ответ, который противодействует результирующей деформации, эффективный модуль Юнга при коротком замыкании электродов меньше чем при холостом ходе. В дополнение, жесткость различна в разных направлениях, поэтому для точного определения величины указываются электрические и механические условия. Верхний индекс E говорит о том, что замеры происходят при постоянном электрическом поле (короткое замыкание). В то время как, индекс D указывает на граничное условие – постоянное электрическое смещение (индукция), т.е. замеры происходят при холостом ходе. Первая нижняя цифра показывает направление деформации, вторая направление механического напряжения [4].

д) Пьезоэлектрические постоянные

Пьезоэлектрический модуль d – отношение механической деформации к приложенному электрическому полю (Кл/Н) [2]

d33 пьезоэлектрический модуль, (5)

  • где Δxs – изменение толщины пластины, м,
  • Us – приложенное напряжение, В

Полезно помнить, что большие значения dij приводят к большим механическим смещениям, что обычно добивается при проектировании ультразвуковых преобразователей. d33 применяют, когда сила направлена в направлении оси поляризации (рисунок 5г). d31 используют, когда сила прикладывается под прямым углом к оси поляризации, при этом заряд возникает на электродах, так же как и в предыдущем случае (рисунок 5б). d15 показывает, что заряд накапливается на электродах, которые находятся под прямым углом к изначальным поляризующим электродам и что получаемые механические колебания являются сдвиговыми (рисунок 5д).

Пьезоэлектрическая константа давления gij – отношение полученного напряжения к приложенному давлению.

Напряжение на пьезоэлементе, (6)

  • где Ue – полученное напряжение, В,
  • d — толщина, м,
  • px – приложенное давление, Па.

Индекс “33” показывает, что электрическое поле и механическое напряжение направлены по оси поляризации. Индекс “31” означает, что давление прикладывается под прямым углом к оси поляризации, при этом напряжение снимается с тех же самых электродов, что и в случае “33”. Индекс “15” подразумевает, что приложенное напряжение является сдвиговым и результирующее электрическое поле перпендикулярно к оси поляризации. Высокое значение gij ведет к большим выходным напряжениям, что является желательным для сенсоров.

е) Коэффициент Пуассона

Коэффициент Пуассона – это отношение относительного поперечного сжатия к соответствующему относительному продольному удлинению [7]

формула коэффициент Пуассона, (7)

  • где µ – коэффициент Пуассона,
  • Δa – абсолютное приращение толщины, м,
  • a – толщина после деформации, м,
  • Δl – абсолютное приращение длины, м,
  • l – длина после деформации, м

ж) Температурные коэффициенты

Температурный коэффициент показывает изменение различных свойств материала (резонансная частота, емкость, размеры) при изменение температуры [6]

ТКЧ, (8)

  • где ТКЧ – температурный коэффициент резонансной частоты, ppm/˚С,
  • f(t1) – резонансная частота при температуре t1, Гц,
  • f(t2) – резонансная частота при температуре t2, Гц,
  • f20 – резонансная частота при температуре 20˚С, Гц,
  • Δt – разница температур Δt = t2 — t1, ˚С

ТКЕ, (9)

  • где ТКЕ – температурный коэффициент емкости, ppm/˚С,
  • C(t1) – емкость при температуре t1, Ф,
  • C(t2) – емкость при температуре t2, Ф,
  • C20 — емкость при температуре 20˚С, Ф

ТКЛР, (10)

  • где ТКЛР – температурный коэффициент линейного расширения, ppm/˚С,
  • l(t1) – длина при температуре t1, м,
  • l(t2) – длина при температуре t2, м,
  • l20 – длина при температуре 20˚С, м

з) Скорость старения

Скорость старения это показатель изменения резонансной частоты и емкости со временем. Чтобы вычислить эту скорость, после поляризации электроды преобразователя соединяются вместе, и образец нагревается определенный период времени. Производятся замеры резонансной частоты и емкости каждые 2n (1,2,4 и 8) дня. Скорость старения вычисляется по следующей формуле [1]:

Скорость старения, (11)

  • где AR – скорость старения для резонансной частоты или емкости,
  • t1, t2 – число дней после поляризации,
  • Xt1, Xt2 – резонансная частота или емкость через t1 и t2 дней после поляризации

и) Механическая добротность

Добротность – количественная характеристика резонансных свойств колебательных систем, указывающая во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду вынужденных колебаний на частоте много ниже резонансной при одинаковой амплитуде возбуждающей силы [8]. Добротность равна отношению собственной частоты ω резонансной системы к ширине Δω частотной полосы, на границах которой энергия системы при вынужденных колебаниях вдвое меньше энергии на резонансной частоте [6].

Формула механической добротности, (12)

  • где Qm – механическая добротность,
  • fr – резонансная частота, Гц,
  • fa – антирезонансная частота, Гц,
  • Zr – сопротивление при резонансе, Ом,
  • С – емкость, Ф

Изделия, основанные на пьезоэлектрическом резонансе, требуют высокой механической добротности.

к) Температура Кюри

Температура Кюри – это температура при превышение которой пьезоэлектрический материал теряет свои свойства [2].

л) Плотность

Формула плотности, (13)
  • где ρ – плотность, кг/м3,
  • m – масса, кг,
  • V – объем, м3.

Большинство составов пьезокерамики основано на химических соединениях с формулой АВО3 (напр., BaTiO3, РbТiO3) с кристаллической структурой типа перовскита и различных твёрдых растворов на их основе (например, системы BaTiO3 — CaTiO3, BaTiO3 — CaTiO3 — CoCO3, NaNbO3 — KNbO3). Особенно широко используются в качестве пьезоэлектрических материалов составы системы РbТiO3 — PbZrO3 (т. н. система PZT, или ЦТС). Практический интерес представляет также ряд соединений с формулой АВ2О6, напр. PbNb2O6, имеющих весьма высокую Кюри точку (~570 °С), что позволяет создавать пьезоэлементы для работы при высоких температурах.

Порошок для изготовления пьезоэлемента
Рисунок 7 – Порошок для изготовления пьезоэлемента

Процесс изготовления пьезокерамики разделяется на несколько этапов. При осуществлении синтеза заданного сегнетоэлектрического соединения исходное сырье (окислы или соли, например, двуокись титана и окись бария) измельчается и смешивается в количествах, соответствующих стехиометрическому составу соединения, а затем подвергается термической обработке при температурах 900 – 1300 °С, в процессе которой происходит химический синтез. Используется также так называемый метод осаждения из водных растворов, при котором температура синтеза благодаря идеальному перемешиванию компонентов снижается до 750 – 1000 °С. Из порошкообразного синтезированного материала прессованием (а также литьём под давлением) получаются заготовки необходимой конфигурации и размеров для будущих пьезоэлементов, которые затем подвергаются обжигу по строго определенному температурному режиму, в большой степени определяющему свойства пьезокерамики. Механическая обработка детали после обжига обеспечивает ей точно заданную форму и размеры. На деталь наносятся электроды из серебра, никеля, платины и др., причем наибольшее распространение получил метод вжигания серебра. Для поляризации керамики к электродам подводится электрическое напряжение (напряжённость поля Е составляет от 0,5 до 3 кВ/мм в зависимости от химического состава и метода поляризации). С целью уменьшения напряженности поля Е при поляризации образец нагревают до температур, близких к точке Кюри (т. к. при этом домены обладают большей подвижностью), а затем медленно охлаждают в присутствии поля. Пьезокерамике свойственно т. н. старение, т. е. изменение её параметров (диэлектрической проницаемости, пьезомодулей) со временем, особенно заметное в первые несколько суток после изготовления и поляризации образцов, которое обусловлено изменением как механических напряжений на границах между зёрнами, так и величины остаточной поляризации [8].

Пьезоэлектрические материалы нашли применение в широком ряде областей, таких как медицинские инструменты, контроль промышленных процессов, системах производства полупроводников, бытовых электрических приборах, системах контроля связи, различных измерительных приборах и в других областях. Коммерческие системы, которые используют пьезоэлектрические материалы – помпы, швейные машины, датчики (давления, обледенения, угловых скоростей и т.д.), оптические инструменты, лазерные принтеры, моторы для автофокусировки камер и многие другие. При этом область применения данных материалов постоянно растет. Применение пьезоэлемента обычно сводится к четырем категориям: сенсоры, генераторы, силовые приводы, и преобразователи.

В генераторах, пьезоэлектрические материалы могут генерировать напряжение, которого достаточно для возникновения искры между электродами, и таким образом могут быть использованы как электроды для воспламенения топлива, для газовых плит и для сварочного оборудования. Альтернативно, электрическая энергия, генерируемая пьезоэлектрическими элементами, может накапливаться. Такие генераторы являются превосходными твердыми аккумуляторными батареями для электронных схем.

В сенсорах, пьезоэлектрические материалы преобразуют физические параметры, такие как ускорение, давление и вибрации в электрический сигнал.

В силовых приводах, пьезоэлектрические материалы преобразуют электрический сигнал в точно контролируемое физическое смещение, четко устанавливая точность механических инструментов, линз и зеркал.

В преобразователях, пьезоэлектрические преобразователи могут, как генерировать ультразвуковой сигнал из электрической энергии, так и конвертировать приходящие механические колебания в электрические. Пьезоэлектрические приборы проектируются для измерения расстояний, скорости потока, и уровня жидкости. Преобразователи так же используются, чтобы генерировать ультразвуковые вибрации для очистки, сверления, сварки, размельчения керамики и для медицинской диагностики [1].

    Библиографический список

  • Ranier Clement Tjiptoprodjo. On a Finite Element Approach to Modeling of Piezoelectric Element Driven Compliant Mechanisms.- Saskatchewan, Canada.: University of Saskatchewan Saskatoon, April 2005
  • Й.Крауткремер, Г.Крауткремер. Справочник. Ультразвуковой контроль материалов.-Москва.: Металлургия, 1991.
  • David H. Johnson. Simulation of an ultrasonic piezoelectric transducer for NASA/JPL Mars rover.- PA, USA.: Cybersonic, Inc. of Erie, 2003.
  • www.piezo.com
  • ОСТ 11 0444-87 «Материалы пьезокерамические»
  • Tokin. Multilayer Piezoelectic Actuators. User’s Manual, Tokin Corporate Publisher.: 1996.
  • Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.I. Механика.- Москва.:1979.
  • Голямина И.П. Ультразвук.-Москва.: из-во «Советская энциклопедия», 1979
  • Jan Tichy, Jiry Erhart, Erwin Kittinger, Jana Privratska. Fundamentals of Piezoelectric Sensorics.- Heidelberg, Dordrecht, London, New York.: Springer, 2010

Пьезоэлемент: применение и принцип работы

Содержание:

  1. Физические свойства пьезоэлемента
  2. Принцип работы
  3. Применение

Среди множества диэлектрических материалов встречаются и такие, которые обладают так называемым пьезоэффектом. На их поверхности могут возникать электрические заряды под влиянием деформации. Существует и обратный эффект, когда диэлектрики начинают деформироваться под действием внешнего электрического поля. Пьезоэлемент сам по себе не может считаться источником электроэнергии. Он всего лишь преобразует механическую энергию в электрическую, с очень низким КПД. Однако, благодаря своим качествам, пьезоэлементы широко используются в технике, в первую очередь, как источники электрических разрядов.


Физические свойства пьезоэлемента

Пьезоэлектрические материалы по своей сути довольно простые и характеризуются всего лишь двумя физическими величинами – диэлектрической проницаемостью и пьезоэлектрическим модулем. От первой величины зависит емкость пьезоэлемента, а от пьезоэлектрического модуля – электрический заряд, образующийся на электродах, после того как к ним была приложена какая-то сила.

В пьезокерамике для описания процесса применяется три модуля в зависимости от расположения силы, действующей по отношению к полярности оси пьезоэлемента.

Наиболее выраженный эффект проявляется в модуле d33, в котором первая цифра индекса означает направление полярной оси вдоль оси Z традиционной системы координат, а вторая указывает на направление действующей силы вдоль этой же оси. За счет этого пьезоэлемент с величиной модуля d33 существенно превышает значение комбинаций с другими направлениями.

Прямой пьезоэффект модуля измеряется в единицах кулон/ньютон (К/Н). Именно эта величина характеризует материал, из которого он изготовлен. Независимо от приложенной силы и размеров самого элемента, при воздействии силы в 1 ньютон, на электродах будет образовываться один и тот же заряд.

Для определения напряжения на электродах существует формула: U = q/C, в которой в свою очередь q = F d33. Из данной формулы видно, что в отличие от заряда, напряжение будет зависеть от размеров пьезоэлемента, поскольку емкость С связана с площадью электродов и расстоянием между ними. Если в качестве примера взять емкость обычной зажигалки, равной 40 пикофарадам (пф), то приложенная сила в 1 Н даст напряжение 6 В. Соответственно, если сила увеличится до 1000 Н (100 кг), то полученное напряжение составит уже 6 кВ.


Принцип работы

Действие пьезоэлемента наиболее четко просматривается на примере зажигалки нажимного действия. При нажатии на клавишу, зажигалка выдает целую серию искр, что свидетельствует о наиболее удачном использовании пьезогенератора в данной конструкции. Чтобы представить себе принцип работы, рекомендуется рассмотреть схему упрощенной модели этого устройства. Она выполнена в виде опоры с рычагом, создающим большое усилие, воздействующее на пьезоэлемент.

Сами элементы представляют собой сплошные цилиндрические конструкции, на торцах которых расположены электроды. Они соприкасаются друг с другом, поэтому на них воздействует одинаковая сила. Ориентация каждого пьезоэлемента между собой выполнена таким образом, чтобы электроды соприкасающихся поверхностей имели один заряд, например, положительный, а противоположные концы – заряд с другим знаком. Порядок подключения необходимо обязательно соблюдать, особенно при изготовлении подобного устройства своими руками.

Под действием рычага электроды замыкаются, и возникает электрическое параллельное соединение каждого пьезоэлемента между собой. От точки соприкосновения выводится токовод с закругленным наконечником, расположенным от металлической основы на определенном расстоянии. Во время нажатия на рычаг воздушный промежуток между основой и наконечником пробивается электрической искрой. Теперь уже понятно, как работает такая зажигалка. При дальнейшем нажатии усилие возрастает, что приводит к появлению второй и последующей искр. Это будет происходить до тех пор, пока пьезоэлементы не разрушатся полностью.


Применение

Любой пьезоэлемент можно использовать в современных технических устройствах разного назначения. Они применяются в качестве кварцевых резонаторов, миниатюрных трансформаторов, пьезоэлектрических детонаторах, генераторах частоты с высокой стабильностью и во многих других местах. Каждый прибор устроен таким образом, что в нем может использоваться не только кристаллический кварц, но и элементы из поляризованной пьезокерамики.

Однако пьезоэлемент не ограничивается одними лишь зажигалками. В настоящее время ведутся работы по решению задачи, как сделать использование этих материалов более продуктивным. Данный принцип достаточно давно применяется на танцевальных площадках и стоянках автомобилей, где под давлением происходит превращение механической энергии в электрическую.

В перспективе возможно устройство более мощных энергодобывающих систем. В настоящее время разрабатываются генераторы, обладающие небольшими размерами, основой которых служит нитрид алюминия, успешно заменивший традиционный цирконат-титанат свинца. Данное устройство по своей сути является беспроводным температурным датчиком, способным накапливать энергию от различных вибраций и передавать полученные данные через установленные промежутки времени.

В настоящее время преобразователи на базе пьезоэлементов устанавливаются на реактивные самолеты. Данное техническое решение дает возможность экономии до 30% топливных ресурсов, используя колебания крыльев и самого фюзеляжа. Созданы экспериментальные светофоры, работающие от аккумуляторов, заряжающихся от колебаний воздуха, вызванных городским шумом.

В будущем эти разработки позволят ликвидировать дефицит мощностей. С помощью пьезоэлементов станет возможно получать электричество в результате движения автомобилей по специально оборудованным трассам. Даже десять километров такой пьезодороги выдадут около 5 МВт/час. Тротуары для пешеходов также внесут свой вклад в добычу электроэнергии. Данное направление очень интересное и перспективное, привлекающее внимание ученых многих стран.

Способ проверки пьезоэлектрических датчиков

 

Изобретение может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками (ПД), установленными на объекте испытаний. Цель изобретения — повышение качества контроля , определение работоспособности и чувствительности ПД. После проведения испытаний изделия дополнительно измеряют суммарную электрическую емкость пьезодатчика до подачи на пьезодатчик напряжения постоянного тока и после его подачи. Затем определяют их разность и по изменению величин электрических емкостей определяют работоспособность датчика, если она равна О, то датчик неработоспособен . Изменение чувствительности определяют по изменению соотношения величин разности электричесс $ ких емкостей, фиксируемых по двум (Л измерениям в течение заданного интервала Времени. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) SU (ц! (я) 4 G 01 Ь 27 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф °

II

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3794965/24-10 (22) 28,09,84 (46) 07.12.86. Бюл. Ф 45 (72) В, Я. Владимиров и M. И. Гольдман (53) 531.787(088.8) (56) Патент США У 3786348, кл, G 01 R 29/22, Авторское свидетельство СССР

N- 535478, кл. G 01 L 27/00, (54) СПОСОБ ПРОВЕРКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками (ПД), установленными на объекте испытаний, Цель иэобретения — повышение качества контроля, определение работоспособности и чувствительности ПД, После проведения испытаний изделия дополнительно измеряют суммарную электрическую емкость пьезодатчика до подачи на пьезодатчик напряжения постоянного тока и после его подачи. Затем определяют их разность и по изменению величин электрических емкостей определяют работоспособность датчика, если она равна «0» то датчик неработоспособен. Изменение чувствительности определяют по изменению соотношения величин разности электрических емкостей, фиксируемых по двум измерениям в течение заданного интервала времени, 1 ил.

1275244

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерениях вибраций и пульсаций давления пьезоэлектрическими датчиками, установленными на объекте испытаний, для определения их работоспособности при наличии длинной кабельной линии, составляющей пьезодатчики с усилителем, и чувствительности при повторном использовании их в работе, Цель изобретения — повышение качества контроля, а также определение работоспособности и чувствительности пьезоэлектрического датчика.

На чертеже приведена принципиальная схема установки для осуществления способа, Установка содержит пьезодатчик 1, кабельную линию 2, каждая жила которой экранирована, измеритель емкости 4 и разделительный конденсатор 6, Параллельно измерительному каналу подключен источник напряжения постоянного тока 3 через сопротивление 5.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом, 1

К контролируемому измерительному каналу, состоящему из пьезоэлектрического датчика 1 и кабельной линии

2, каждая жила которой экранирована, подключают источник 3 напряжения постоянного тока (типа СИП-Н39029) через резистор 5 (5,1 M0M), который служит для исключения шунтирующего влияния на схему электрической емкости источника 3. К измерительному каналу подключают также измеритель 4 емкости (типа P-589) через конденсатор б (5600ПФ), служащий для электрической развязки с источником 3, Измеряют электрическую емкость С1 пьезодатчика при выключенном источнике 3. Затем включается источник 3 и еще раз измеряется электрическая емкость С пьезодатчика.

Определяется разность

Отличие от нуля этой разности говорит о том, что датчик работоспособен, поскольку под действием постоянного напряжения чувствительный элемент пьезодатчика деформируется и от этого изменяется его емкость, При неисправном пьезодатчике разность А С равна О. Величина емкости измерительной кабельной линии в результате измерения величин С

С при выбранной схеме включения пьезодатчика не входит (схема емкостной трехточки), На практике при отработке изделий новой техники очень часто с одним и

15

2S

Затем определяют разность АС

АС вЂ” С., С

АС« и по величине отношения †— судят

АС2 об изменении чувствительности.

Формула изобретения

Способ проверки пьезоэлектрических датчиков, заключающийся в определении характеристик пьезодатчика по реакции пьезоэлемента на прикладываемое электрическое напряжение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля, определения работоспособности и чувствительности пьезодатчика в условиях эксплуатации, предварительно измеряют электрическую емкость пьезодатчика, затем подают дополнительное постоянное электрическое напряжение и производят повторное измерение емкости, а работоспособность датчика определяют по изменетем же изделием проводят несколько испытаний, Во время испытаний изделия пьезодатчик может оказаться в в экстремальных условиях (большие перепады температур, перегрузки и др,), которые приводят к необратимым изменениям в пьезокерамике и, следовательно изменениях чувствительности. Поскольку в силу ряда тех нических причин (нарушение теплоизоляции, герметичности и др ° ) замена датчика или его снятие для перепроверки невозможна, то важно знать как изменилась чувствительность пьезоцатчика, чтобы внести изменения в дешифровку результатов повторного испытания или даже скорректировать результаты прошедшего испытания, Для этого, в предлагаемом способе после проведения испытаний изделия дополнительно проводят измерение суммарной электри:еской емкости пьезодатчика до подачи на пьезодатчик напряжения постоянного тока С

1275244

Составитель E. Пруцков

Редактор Н, Марголина Техред А.Кравчук Корректор С, Шекмар

Заказ 6551/31 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нию разности величин электрических емкостей, причем неработоспособность датчика констатируют при значении величин разности, равной «0», а из.менение чувствительности определяют по изменению соотношения величин разности электрических емкостей, t фиксируемых при двух измерениях в течение заданного интервала време5 ни»

Способ проверки пьезоэлектрических датчиков Способ проверки пьезоэлектрических датчиков Способ проверки пьезоэлектрических датчиков 

Пьезоизлучатель и как его подключить к микроконтроллеру

      Амплитудно-частотная характеристика пьезоизлучателя не равномерна и имеет  выраженный максимум (или несколько максимумов) на частотах от 2000 до 5000 Гц (в зависимости от конструкции излучателя). Именно на частоте максимума, называемой резонансной частотой, от пьезоизлучателя можно добиться наибольшей громкости.   

   Обычно пьезоизлучатель подключают к микроконтроллеру по самой простой схеме. Один вывод излучателя сажают на землю, другой через резистор подсоединяют к микроконтроллеру. Резистор ограничивает ток перезарядки  емкости пьезоизлучателя. В  макетах им можно пренебречь, по крайней мере, я всегда так делаю, и ни одного контроллера пока не спалил.   
   Для получения двойной амплитуды сигнала (то есть где-то 9-10 вольт при напряжении питания микроконтроллера 5 вольт) можно включить пьезоизлучатель между двумя выводами  микроконтроллера. При этом не нужно забывать, что у пьезоэлектрического преобразователя есть такие параметры как номинальное и предельное входные напряжения. Понятно, что превышать эти значения не желательно.
   Сигналы, подаваемые на выводы микроконтроллера в таком включении должны быть противофазными (на одном выводе 0, на другом 1 и наоборот).
   Получить двойную амплитуду сигнала, не используя дополнительный вывод микроконтроллера, можно с помощью такой нехитрой схемы. Когда на выводе PC0 единица – транзистор открыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к земле, а на левом напряжение логической единицы. Когда на выводе PC0 ноль – транзистор закрыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к плюсу питания (VCC должно быть равно напряжению питания микроконтроллера), а левый посажен на землю.
   На многих платах микроконтроллер запитывается от стабилизатора напряжения, на вход которого подается 7-12 вольт. Можно задействовать это напряжение для увеличения громкости звучания пьезоизлучателя, если подключить его к микроконтроллеру с помощью транзистора.

    


   Ну и, наконец, двойную амплитуду сигнала на пьезоизлучателе можно получить с помощью логических микросхем – НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Эту схему выгодно использовать, если на плате остались не задействованные вентили логических микросхем. 


   Варианты включения пьезоизлучателя с использованием дросселей и повышающих трансформаторов рассматривать не стал, потому что не использую их.
 

Пьезоэлектрический излучатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 февраля 2017; проверки требуют 2 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 февраля 2017; проверки требуют 2 правки. Биморфный пьезоэлемент Звук пьезоизлучателя

Пьезоэлектри́ческий излуча́тель, пьезоизлуча́тель — электроакустическое устройство, способное воспроизводить звук, либо излучать ультразвук, благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту.

Пьезоэлектрический излучатель состоит из металлической пластины, на которую нанесён слой пьезоэлектрика, имеющий на внешней стороне токопроводящее напыление. Пластина и напыление являются двумя контактами. Для увеличения громкости звука к металлической пластине может крепиться небольшой рупор в виде металлического или пластикового купола с отверстием[1]. В качестве рупора также может использоваться углубление в корпусе устройства, в котором используется пьезоизлучатель.

Пьезоэлектрические излучающие элементы могут иметь сферическую или цилиндрическую форму поверхности[2].

  • Номинальное напряжение звукового сигнала [V]
  • Допустимое напряжение звукового сигнала [V]
  • Рабочий ток (при напряжении[V], частоте [KHz]) [mA]
  • Ёмкость (на частоте [Hz]) [pF]
  • Резонансная частота [Hz]
  • Звуковое давление (на расстоянии [cm]) [dB]
  • Диапазон рабочих температур [°C]
  • Габаритные размеры [mm]
  • Масса [g]

Пьезоизлучатели отечественного производства[править | править код]

Отечественные пьезоизлучатели имеют обозначения, состоящие из букв «ЗП» (звукоизлучатель пьезоэлектрический) и номера серии. Наиболее распространённые в отечественной бытовой технике излучатели — ЗП-1 и ЗП-3.

Звукоизлучатели типа ЗП приводятся в действие подачей переменного напряжения определённой частоты и амплитуды, обычно, 3…10 В. Частота, при которой звуковое давление максимально, может достигать 75 дБ на расстоянии 1 метр от излучателя. Резонансная частота для большинства пьезоизлучателей составляет 1…4 кГц. Этим обусловлен их характерный, узнаваемый звук, напоминающий «пип».

Electronic component piezo.jpg

Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах — часах-будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках, бытовой технике. Часто используются в качестве излучателей ультразвуковых колебаний в устройствах отпугивания грызунов и насекомых, увлажнителях воздуха, ультразвуковых «стиральных машинах» (см. ультразвуковая очистка).

Пьезоизлучатель также может использоваться в качестве пьезоэлектрического микрофона или датчика.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*