Mitä materiaaleja käytetään pietsosähköisen jännitysantureissa?

Sisältövalikko

● Johdanto pietsosähköisiin materiaaleihin

● Pietsosähköiset materiaalit jännitysantureissa

>> 1. Pietsosähköinen keramiikka (PZT)

>> 14. yksikristallimateriaalit (kvartsi, galliumfosfaatti)

>> 3. Polymeerimateriaalit (PVDF)

● Pietsosähköisten kireysanturien sovellukset

● Pietsosähköisen jännitysanturien suunnittelun näkökohdat

● Haasteet ja rajoitukset

● Tuleva kehitys

● Johtopäätös

● Faqit

>> 1. Mikä on pietsosähköinen vaikutus?

>> 2. Mitä materiaaleja käytetään yleisesti pietsosähköisissä antureissa?

>> 3. Mitkä ovat pietsosähköisten anturien rajoitukset?

>> 4. Kuinka pietsosähköisiä antureita käytetään teollisissa sovelluksissa?

>> 5. Mitkä ovat pietsosähköisten materiaalien tutkimuksen tulevaisuuden suunnat?

● Viittaukset:

Pietsosähköiset jännitysanturit ovat laitteita, jotka muuttavat mekaanisen jännityksen sähköisiksi signaaleiksi hyödyntäen pietsosähköistä vaikutusta. Tätä ilmiötä esiintyy materiaaleissa, jotka tuottavat sähkövarauksen vasteena mekaaniselle muodonmuutokselle, kuten paine tai venymä. Näiden anturien materiaalin valinta on ratkaisevan tärkeää, koska se määrittelee niiden herkkyyden, kestävyyden ja toiminta -alueen. Tässä artikkelissa tutkimme erilaisia materiaaleja Pietsosähköiset jännitysanturit , niiden ominaisuudet ja sovellukset.

Johdanto pietsosähköisiin materiaaleihin

Pietsosähköiset materiaalit voidaan luokitella laajasti kolmeen päätyyppiin: kiteinen, keraaminen ja polymeerinen. Jokaisella tyypillä on ainutlaatuiset ominaisuudet ja sovellukset.

- Kiteiset materiaalit: Näitä ovat luonnolliset materiaalit, kuten kvartsi ja turmaliini, joita on käytetty historiallisesti niiden pietsosähköisten ominaisuuksien vuoksi. Ne ovat kuitenkin vähemmän herkkiä keraamisiin materiaaleihin verrattuna, mutta tarjoavat paremman pitkäaikaisen vakauden.

- Keraamiset materiaalit: Yleisimmät pietsosähköiset keramiikkat ovat lyijy zirkonaatti titanaaatti (PZT), bariumtitanaaatti ja lyijytitanaaatti. Näillä materiaaleilla on suuri herkkyys, ja niitä käytetään laajasti antureissa ja toimilaitteissa. Ne ovat kuitenkin hauraita ja niillä on alhaisempi curien lämpötila rajoittaen niiden käyttöä korkean lämpötilan sovelluksissa.

- Polymeerimateriaalit: Polymeerit, kuten polyvinylideenifluoridi (PVDF), tarjoavat joustavuutta ja ne voidaan helposti muotoilla eri muotoihin. Heillä on alhaisempi Youngin moduuli verrattuna keramiikkaan, mikä tekee niistä sopivia sovelluksiin, jotka vaativat korkeajänniteherkkyyttä.

Pietsosähköiset materiaalit jännitysantureissa

Pietsosähköiset jännitysanturit käyttävät näitä materiaaleja mittaamaan rasitusta tai jännitystä rakenteissa. Anturi muuntaa mekaanisen jännityksen sähköiseksi signaaliksi, joka sitten käsitellään tuottamaan tietoa käytetystä voimasta.

1. Pietsosähköinen keramiikka (PZT)

- PZT -keramiikkaa käytetään laajasti pietsosähköisissä antureissa niiden suuren herkkyyden ja valmistuksen helppouden vuoksi. Ne voidaan muokata erilaisiin muotoihin ja kokoihin, mikä tekee niistä monipuolisia erilaisiin sovelluksiin.

- PZT -keramiikoilla on korkea pietsosähköinen vakio, mikä on välttämätöntä mekaanisen jännityksen muuntamiseksi sähköisiksi signaaleiksi tehokkaasti. Niiden herkkyys kuitenkin hajoaa ajan myötä, etenkin korkeissa lämpötiloissa.

14. yksikristallimateriaalit (kvartsi, galliumfosfaatti)

Yhden kristallimateriaalit, kuten kvartsi ja galliumfosfaatti, tarjoavat korkean pitkäaikaisen stabiilisuuden ja ovat vähemmän herkkiä lämpötilan muutoksille verrattuna PZT-keramiikkaan. Ne ovat ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat tarkkoja mittauksia pitkään ajanjaksoina.

3. Polymeerimateriaalit (PVDF)

PVDF on joustava polymeeri, jota voidaan käyttää sovelluksissa, jotka vaativat suuren jännitteen herkkyyttä ja alhaisen mekaanisen jäykkyyden. Se sopii biosignaalien havaitsemiseen ja se voidaan integroida puettaviin laitteisiin.

Pietsosähköisten kireysanturien sovellukset

Pietsosähköiset jännitysanturit löytävät sovelluksia eri toimialoilla, koska ne kykenevät mitata mekaanisen jännityksen dynaamisia muutoksia.

- Ilmailutila ja auto: käytetään värähtelyanalyysissä ja paineen mittausjärjestelmissä.

- Lääketieteelliset laitteet: Käytetään ultraäänikuvantamisessa ja biosignaalin havaitsemisessa.

- Teollisuusprosessit: Käytetään paineiden ja värähtelyn seuraamiseen koneissa.

Pietsosähköisen jännitysanturien suunnittelun näkökohdat

Pietsosähköisen jännitysanturin suunnittelussa on harkittava useita tekijöitä:

- Materiaalin valinta: Materiaalin valinta vaikuttaa anturin herkkyyteen, käyttölämpötilaan ja kestävyyteen.

- Anturin geometria: Anturin muoto ja koko vaikuttavat sen mekaanisiin ominaisuuksiin ja sähköiseen ulostuloon.

- Signaalin ilmastointi: Ulkoinen elektroniikka tarvitaan anturin tuottaman sähköisen signaalin vahvistamiseksi ja käsittelemiseksi.

Haasteet ja rajoitukset

Etuistaan huolimatta pietsosähköiset jännitysanturit ovat joitain rajoituksia:

- Lämpötilan herkkyys: Pietsosähköisten anturien lähtö voi vaihdella lämpötilan mukaan, mikä vaatii lämpökompensointia joissain sovelluksissa.

- Staattiset mittaukset: Pietsosähköiset anturit eivät sovellu staattisiin mittauksiin latausvuotojen vuoksi ajan myötä.

- Korkea impedanssi: Näiden anturien korkean impedanssin käsittelemiseksi tarvitaan erikoistunutta elektroniikkaa.

Tuleva kehitys

Tutkimusta on meneillään uusien pietsosähköisten materiaalien kehittämiseksi, joilla on parempia ominaisuuksia, kuten suurempi herkkyys ja stabiilisuus. Lyijytöntä keramiikkaa ja edistyneitä polymeerejä tutkitaan niiden potentiaaliksi sen anturi-sovelluksissa.

Johtopäätös

Pietsosähköiset jännitysanturit ovat monipuolisia laitteita, jotka hyödyntävät pietsosähköistä vaikutusta mekaanisen jännityksen mittaamiseksi. Materiaalin valinta on kriittinen, ja vaihtoehdot vaihtelevat PZT-keramiikasta yksikristallimateriaaleihin ja polymeereihin, kuten PVDF. Jokainen materiaali tarjoaa ainutlaatuisia etuja ja sopii eri sovelluksiin. Teknologian edistyessä voimme odottaa näkevänsä lisää innovaatioita pietsosähköisissä materiaaleissa ja niiden sovelluksissa.

Faqit

1. Mikä on pietsosähköinen vaikutus?

Pietsosähköinen vaikutus on ilmiö, jossa tietyt materiaalit tuottavat sähkövarauksen vasteena mekaaniselle rasitukselle, kuten paine tai venymä.

2. Mitä materiaaleja käytetään yleisesti pietsosähköisissä antureissa?

Yleisiä materiaaleja ovat PZT -keramiikka, kvartsi, galliumfosfaatti ja PVDF -polymeerit. Jokaisella materiaalilla on omat ominaisuudet ja sovellukset.

3. Mitkä ovat pietsosähköisten anturien rajoitukset?

Pietsosähköiset anturit eivät sovellu staattisiin mittauksiin varausvuotojen vuoksi, ovat herkkiä lämpötilan muutoksille ja vaativat erikoistunutta elektroniikkaa korkean impedanssin vuoksi.

4. Kuinka pietsosähköisiä antureita käytetään teollisissa sovelluksissa?

Niitä käytetään värähtelyanalyysiin, paineen mittaamiseen ja koneiden terveyden seurantaan, kuten ilmailu-, auto- ja valmistus.

5. Mitkä ovat pietsosähköisten materiaalien tutkimuksen tulevaisuuden suunnat?

Tutkimus on keskittynyt lyijytöntä keramiikan kehittämiseen, materiaalin vakauden parantamiseen ja uusien sovellusten tutkimiseen energiankorjuun ja edistyneiden anturitekniikoiden suhteen.

Viittaukset:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/piezoelectric_sensor

.

[3] https://piezodirect.com/undstanstanding-the

[4] https://www.youtube.com/watch?v=dv-lsgibau0

[5] https://www.electronicsforu.com/technology-trends/learn-electronics/piezoelectric-sensor-basics

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/list_of_piezoelectcric_materials

.

.

[9] https://www.youtube.com/watch?v=jorvcys5pb8

[10] https://www.piezoskin.com/en/piezoelectric-applications -sensors

[11] https://www.murata.com/products/sensor/picoleaf

[12] https://www.youtube.com/watch?v=xoomTait3kg

[13] https://my.avnet.com/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/core-technologies/piezoelectric/

[14] https://navapadol.files.wordpress.com/2016/01/chapter-02-02.pdf

[15] https://www.ulprospector.com/knowledge/2689/pe-piezoelectric-materials/

[16] https://www.te.com/en/product-cat-pfs0006.html

[17] https://www.kistler.com/int/en/piezoelectric-pressure-sensor/c00000138

[18] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202100864

[19] https://www.ti.com/lit/an/sloa033a/sloa033a.pdf

[20] https://www.mdpi.com/1424-8220/23/1/543

[21] https://www.americanpiezo.com/blog/how-piezoelectric-sensors-work/

[22] https://www.strinsense.co.uk/sensors/pressure-sensors/piezoelectric-pressure-sensors/

[23] https://www.shutterstock.com/search/piezoelectric-sensor

[24] https://www.youtube.com/watch?v=yqvidzi8_lk

[25] https://stock.adobe.com/search?k=piezoelectric

[26] https://www.youtube.com/watch?v=70cc210ui_o

.

[28] https://www.youtube.com/watch?v=3yclafsxyee

[29] https://www.variohm.com/news-media/technical-blog-archive/piezo-sensor-applications-

[30] https://dte.com.pl/en/product/piezoelectric-sensor-sp-312/

[31] https://www.youtube.com/watch?v=6xhjyqreznm

.