압전 변환기란 무엇입니까? 회로도, 작업 및 응용 프로그램

일상 생활에서 우리는 기계적 응력과 같은 물리적 양을 측정해야 하는 다양한 상황을 접하게 됩니다. 금속, 온도 수준, 압력 수준 등에 적용… 이러한 모든 응용 분야에서 우리는 이러한 미지의 양을 우리에게 친숙한 단위 및 교정으로 측정할 수 있는 장치가 필요합니다. 우리에게 가장 유용한 장치 중 하나는 TRANSDUCER입니다. . 변환기는 전압 또는 전류로 비례하는 전기량의 형태로 모든 유형의 물리량을 변환할 수 있는 전기 장치입니다. . 다양한 유형의 변환기의 큰 풀에서 이 기사는 압전 변환기에 대해 설명하는 것을 목표로 합니다. .

압전 변환기란 무엇입니까?

압전 변환기의 정의 전기 변환기입니다. 어떤 형태의 물리적 양을 전기 신호로 변환할 수 있습니다. , 측정에 사용할 수 있습니다. 물리량을 전기 신호로 변환하기 위해 압전 재료의 특성을 사용하는 전기 변환기를 압전 변환기라고 합니다.

압전 재료는 압전 속성을 ​​나타냅니다. , 어떤 유형의 기계적 응력이나 변형이 가해지면 적용된 응력에 비례하는 전압이 생성됩니다. 이렇게 생성된 전압은 전압 측정기를 사용하여 측정할 수 있습니다. 재료에 적용된 응력 또는 변형률의 값을 계산합니다.

압전 재료의 종류

압전 재료의 일부 유형은 다음과 같습니다.

자연적으로 사용 가능한 것: 석영, Rochelle 소금, 토파즈, 전기석 그룹 미네랄 및 실크, 목재, 법랑질, 뼈, 머리카락, 고무, 상아질과 같은 일부 유기 물질. 인공적으로 압전 재료 제조 폴리비닐리덴 디플루오라이드, PVDF 또는 PVF2, 티탄산 바륨, 티탄산 납, 티탄산 지르콘산 납(PZT), 니오브산 칼륨, 니오브산 리튬, 탄탈산 리튬 및 기타 무연 압전 세라믹입니다.

모든 압전 재료를 압전 변환기에 사용할 수 있는 것은 아닙니다. . 변환기로 사용되는 압전 재료가 충족해야 하는 특정 요구 사항이 있습니다. 측정 목적에 사용되는 재료는 주파수 안정성, 높은 출력 값, 극한 온도 및 습도 조건에 둔감하고 다양한 형태로 사용 가능하거나 특성을 방해하지 않고 다양한 형태로 제조될 수 있도록 유연해야 합니다.

불행하게도 이러한 모든 특성을 가진 압전 재료는 없습니다. 석영 자연적으로 사용 가능한 매우 안정적인 수정이지만 출력 레벨이 작습니다. 천천히 변화하는 매개변수는 석영으로 측정할 수 있습니다. Rochelle 소금은 가장 높은 출력 값을 제공하지만 환경 조건에 민감하고 1150F 이상에서 작동할 수 없습니다.

압전 변환기 작동

압전 변환기 압전 원리로 작동합니다. 일반적으로 석영인 압전 재료의 표면은 은과 같은 전도성 재료의 얇은 층으로 코팅됩니다. 응력이 가해지면 재료의 이온이 전도 표면 중 하나로 이동하면서 다른 표면에서는 멀어집니다. 이로 인해 전하가 생성됩니다. 이 전하는 응력 교정에 사용됩니다. 생성된 전하의 극성은 적용된 응력의 방향에 따라 다릅니다. 스트레스는 C압박 스트레스의 두 가지 형태로 적용될 수 있습니다. 및 인장 응력 아래와 같습니다.

압전 변환기 공식

크리스탈의 방향도 생성되는 전압의 양에 영향을 줍니다. 변환기의 수정은 세로 위치로 배열될 수 있습니다. 또는 횡방향 위치 .

세로 및 가로 효과

종단 효과에서 생성된 전하는 다음과 같이 주어집니다.

Q =F * d

여기서 F는 적용된 힘이고 d는 수정의 압전 계수입니다.

수정의 압전 계수 d는 약 2.3 * 10 ^-12 C/N.

가로 효과에서 생성된 전하는 다음과 같이 주어집니다.

Q =F * d * (b/a)

b/a 비율이 1보다 크면 가로 배열로 생성된 전하가 세로 배열로 생성된 전하량보다 커집니다.

압전 변환기 회로

기본 압전 변환기의 작동은 아래 그림으로 설명할 수 있습니다.

여기서 은으로 코팅된 수정은 응력이 가해지면 전압을 생성하는 센서로 사용됩니다. 전하 증폭기는 소실 없이 생성된 전하를 측정하는 데 사용됩니다. 매우 낮은 전류를 끌어오기 위해서는 저항 R1이 매우 높습니다. 변환기와 압전 센서를 연결하는 리드선의 정전 용량 교정에도 영향을 미칩니다. 따라서 전하 증폭기는 일반적으로 센서에 매우 가깝게 배치됩니다.

그래서 압전 변환기에서 기계적 응력이 가해지면 비례 전압이 생성되며 이는 전하 증폭기를 사용하여 증폭되고 적용된 응력의 보정에 사용됩니다.

압전 초음파 변환기

초음파 압전 변환기는 역 압전 효과의 원리에 따라 작동합니다. . 이러한 효과로 압전재료에 전기를 인가하면 인가된 전하에 비례하여 물리적인 변형을 일으키게 된다. 초음파 변환기의 회로 아래에 나와 있습니다.

여기, 석영 수정 변압기의 1차측 L3에 연결된 두 개의 금속판 A와 B 사이에 배치됩니다. 변압기의 1차측은 전자 발진기에 유도 결합됩니다. . 변압기의 2차측을 구성하는 코일 L1과 L2는 전자 발진기에 연결됩니다.

배터리가 켜지면 발진기는 주파수 f=1÷(2π√L1C1)의 고주파 교류 전압 펄스를 생성합니다. 이로 인해 E.m.f가 L3에서 유도되어 플레이트 A와 B를 통해 수정으로 전달됩니다. 역 압전 효과로 인해 수정이 수축과 팽창을 번갈아 시작하여 기계적 진동을 생성합니다.

공진은 전자 발진기 의 주파수가 석영의 고유 진동수와 같습니다. 이 시점에서 석영은 세로 초음파를 생성합니다. 큰 진폭.

압전 변환기 응용 프로그램

• 압전 재료는 정적 값을 측정할 수 없으므로 주로 표면 거칠기 측정, 가속도계 및 진동 픽업에 사용됩니다.
• 지진계에 사용됩니다. 로켓의 진동을 측정합니다.
• 힘, 응력, 진동 등을 측정하기 위한 스트레인 게이지...
• 자동차 산업에서 엔진의 폭발을 측정하는 데 사용됩니다.
• 초음파 이미징에 사용됩니다. 의료 응용 분야에서.

압전 변환기의 장점과 한계

압전 변환기의 장점과 한계는 다음과 같습니다.

장점

• 액티브 트랜스듀서입니다. 즉, 작동을 위해 외부 전원이 필요하지 않으므로 자체적으로 생성됩니다.
• 이 변환기의 고주파수 응답은 다양한 응용 분야에 적합합니다.

제한 사항

• 온도 및 환경 조건은 변환기의 동작에 영향을 줄 수 있습니다.
• 변화하는 압력만 측정할 수 있으므로 정적 매개변수를 측정하는 동안에는 쓸모가 없습니다.

따라서 이것은 압전 변환기, 작동 원리, 공식, 작동하는 회로, 장점, 제한 사항 및 응용 프로그램에 관한 모든 것입니다. 위의 정보에서 우리가 논의한 바와 같이 압전 변환기의 다양한 응용 프로그램이 있습니다. 압전 변환기를 어떤 용도로 사용했습니까? 어떠셨나요?