Milyen anyagokat használnak a piezoelektromos feszültségérzékelőkben?

Tartalommenü

● Bevezetés a piezoelektromos anyagokba

● Piezoelektromos anyagok feszültségérzékelőkben

>> 1. Piezoelektromos kerámia (PZT)

>> 2.

>> 3. Polimer anyagok (PVDF)

● A piezoelektromos feszültségérzékelők alkalmazása

● Tervezési szempontok a piezoelektromos feszültségérzékelők számára

● Kihívások és korlátozások

● Jövőbeli fejlemények

● Következtetés

● GYIK

>> 1. Mi a piezoelektromos hatás?

>> 2. Milyen anyagokat használnak általában a piezoelektromos érzékelőkben?

>> 3. Melyek a piezoelektromos érzékelők korlátai?

>> 4. Hogyan használják a piezoelektromos érzékelőket az ipari alkalmazásokban?

>> 5. Melyek a jövőbeli irányok a piezoelektromos anyagok kutatásában?

● Idézetek:

A piezoelektromos feszültségérzékelők olyan eszközök, amelyek a mechanikai feszültségeket elektromos jelekké alakítják, kihasználva a piezoelektromos hatást. Ez a jelenség olyan anyagokban fordul elő, amelyek elektromos töltést generálnak a mechanikai deformációra reagálva, például nyomás vagy törzs. Ezeknek az érzékelőknek az anyagválasztása elengedhetetlen, mivel meghatározza érzékenységüket, tartósságukat és működési tartományukat. Ebben a cikkben feltárjuk a felhasznált különféle anyagokat Piezoelektromos feszültségérzékelők , azok tulajdonságai és alkalmazásai.

Bevezetés a piezoelektromos anyagokba

A piezoelektromos anyagokat széles körben három fő típusba lehet sorolni: kristályos, kerámia és polimer. Minden típusnak vannak egyedi tulajdonságai és alkalmazásai.

- Kristályos anyagok: Ide tartoznak a természetes anyagok, például a kvarc és a turmalin, amelyeket a piezoelektromos tulajdonságaik miatt történelmileg használtak. Ezek azonban kevésbé érzékenyek a kerámia anyagokhoz képest, de jobb hosszú távú stabilitást kínálnak.

- Kerámia anyagok: A leggyakoribb piezoelektromos kerámia az ólom cirkonát -titán (PZT), a bárium -titanát és az ólom titanát. Ezeknek az anyagoknak nagy érzékenysége van, és széles körben használják érzékelőkben és működtetőkben. Ugyanakkor törékenyek és alacsonyabb curie-hőmérsékletűek, korlátozva a magas hőmérsékletű alkalmazásokban való felhasználást.

- Polimer anyagok: A polimerek, például a polivinilidén -fluorid (PVDF) rugalmasságot kínálnak, és könnyen alakíthatók különböző formákká. Alacsonyabb Young modulusuk van a kerámiahoz képest, így alkalmassá teszik azokat a nagyfeszültség -érzékenységet igénylő alkalmazásokhoz.

Piezoelektromos anyagok feszültségérzékelőkben

A piezoelektromos feszültségérzékelők ezeket az anyagokat használják a szerkezeti feszültség vagy feszültség mérésére. Az érzékelő a mechanikai feszültséget elektromos jelzé alakítja, amelyet azután feldolgoznak, hogy információt nyújtsanak az alkalmazott erőről.

1. Piezoelektromos kerámia (PZT)

- A PZT kerámiát széles körben használják a piezoelektromos érzékelőkben, nagy érzékenységük és könnyű gyártásuk miatt. Különböző formákba és méretekre önthetők, így sokoldalúvá válnak különböző alkalmazásokhoz.

- A PZT kerámiák magas piezoelektromos állandóval rendelkeznek, ami elengedhetetlen a mechanikai feszültség hatékonyságának hatékonyságához. Érzékenységük azonban az idő múlásával romlik, különösen magas hőmérsékleten.

2.

Az egykristályos anyagok, például a kvarc és a gallium-foszfát nagy hosszú távú stabilitást kínálnak, és kevésbé érzékenyek a hőmérsékleti változásokra a PZT kerámiához képest. Ideálisak azokhoz az alkalmazásokhoz, amelyek hosszabb ideig pontos mérést igényelnek.

3. Polimer anyagok (PVDF)

A PVDF egy rugalmas polimer, amely felhasználható nagyfeszültség -érzékenységet és alacsony mechanikai merevséget igénylő alkalmazásokban. Ez alkalmas a bioszignálok észlelésére, és beépíthető hordható eszközökbe.

A piezoelektromos feszültségérzékelők alkalmazása

A piezoelektromos feszültségérzékelők alkalmazásokat találnak a különböző iparágakban, mivel képesek pontosan megmérni a mechanikai stressz dinamikus változásait.

- Repülési és autóipar: A rezgés elemzésében és a nyomásmérési rendszerekben használják.

- Orvosi eszközök: ultrahangos képalkotásban és biosignal detektálásban alkalmazzák.

- Ipari folyamatok: A gépekben a nyomás és a rezgés megfigyelésére használják.

Tervezési szempontok a piezoelektromos feszültségérzékelők számára

A piezoelektromos feszültségérzékelők tervezésekor számos tényezőt figyelembe kell venni:

- Anyagválasztás: Az anyagválasztás befolyásolja az érzékelő érzékenységét, az üzemi hőmérsékleti tartományt és a tartósságot.

- Érzékelő geometria: Az érzékelő alakja és mérete befolyásolja annak mechanikai tulajdonságait és elektromos kimenetét.

- Jel -kondicionálás: Külső elektronikára van szükség az érzékelő által generált elektromos jel erősítéséhez és feldolgozásához.

Kihívások és korlátozások

Előnyök ellenére a piezoelektromos feszültségérzékelőknek van bizonyos korlátai:

- Hőmérséklet -érzékenység: A piezoelektromos érzékelők kimenete a hőmérsékleten változhat, és bizonyos alkalmazásokban termikus kompenzációt igényel.

- Statikus mérések: A piezoelektromos érzékelők nem alkalmasak statikus mérésekre az idő múlásával történő töltés miatt.

- Nagy impedancia: speciális elektronikára van szükség ezen érzékelők nagy impedanciájának kezeléséhez.

Jövőbeli fejlemények

Kutatás folyik az új piezoelektromos anyagok fejlesztése érdekében, amelyek javított tulajdonságokkal, például nagyobb érzékenységgel és stabilitással. Az ólommentes kerámiát és a fejlett polimereket feltárják az alkalmazások érzékelési lehetőségei miatt.

Következtetés

A piezoelektromos feszültségérzékelők sokoldalú eszközök, amelyek kihasználják a piezoelektromos hatást a mechanikai feszültség mérésére. Az anyagválasztás kritikus fontosságú, a PZT-kerámia és az egykristályos anyagok és a polimerek, például a PVDF lehetőségei között. Mindegyik anyag egyedi előnyöket kínál, és különféle alkalmazásokhoz alkalmas. A technológia fejlődésével elvárhatjuk, hogy további innovációkat láthassunk a piezoelektromos anyagokban és azok alkalmazásában.

GYIK

1. Mi a piezoelektromos hatás?

A piezoelektromos hatás olyan jelenség, ahol egyes anyagok elektromos töltést generálnak a mechanikai stresszre, például nyomás vagy törzsre reagálva.

2. Milyen anyagokat használnak általában a piezoelektromos érzékelőkben?

Általános anyagok közé tartozik a PZT kerámia, a kvarc, a gallium -foszfát és a PVDF polimerek. Minden anyagnak megvan a saját tulajdonsága és alkalmazása.

3. Melyek a piezoelektromos érzékelők korlátai?

A piezoelektromos érzékelők nem alkalmasak a töltésszivárgás miatti statikus mérésekhez, érzékenyek a hőmérsékleti változásokra, és a nagy impedancia miatt speciális elektronikát igényelnek.

4. Hogyan használják a piezoelektromos érzékelőket az ipari alkalmazásokban?

Ezeket a rezgés elemzéséhez, a nyomásméréshez és a gépek egészségének megfigyeléséhez használják olyan iparágakban, mint az űrben, az autóiparban és a gyártásban.

5. Melyek a jövőbeli irányok a piezoelektromos anyagok kutatásában?

A kutatás az ólommentes kerámia fejlesztésére, az anyagi stabilitás javítására, valamint az energia betakarítás és a fejlett érzékelési technológiák új alkalmazásainak feltárására összpontosít.

Idézetek:

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

[2] https://catalogue.meggittsensing.com/shop/sensors-and-signal-conditioners/dynamic-pressure-sensors/cp235-piezoelectric-pressure-transducer/

[3] https://piezodirect.com/understinging-the-components-of-piezoelectric-transducers/

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

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

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

[7] https://www.americanpiezo.com/apc-materials/apc-materials-for-sensing-pplications/

[8] https://catalogue.meggittsensing.com/shop/sensors-and-signal-conditioners/dynamic-pressure-sensors/cp103-piezoelectric-pressure-tranducer/

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

[10] https://www.piezoskin.com/en/piezoelektromos-pplications-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/piezoelecric/

[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/piezoelektromos-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.strainsese.co.uk/sensors/pressure-sensors/piezoelectric-pressure-sensors/

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

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

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

[26] https://www.youtube.com/watch?v=70cc210Ui_o

[27] https://www.he-shuai.com/application-of-piezoelektromos-sensors-in-automobiles/

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

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

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

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

[32] https://iconprocon.com/blog-post/understanding-piezoelectric-submersible-Level-sensors-how-they-work-and-their-Technical-components/