Bahan apa yang digunakan dalam sensor tegangan piezoelektrik?

Menu konten

● Pengantar bahan piezoelektrik

● Bahan piezoelektrik dalam sensor tegangan

>> 1. Piezoelectric Ceramics (PZT)

>> 2. Bahan kristal tunggal (kuarsa, gallium fosfat)

>> 3. Bahan Polimer (PVDF)

● Aplikasi sensor tegangan piezoelektrik

● Pertimbangan desain untuk sensor tegangan piezoelektrik

● Tantangan dan keterbatasan

● Perkembangan masa depan

● Kesimpulan

● FAQ

>> 1. Apa efek piezoelektrik?

>> 2. Bahan apa yang biasa digunakan dalam sensor piezoelektrik?

>> 3. Apa keterbatasan sensor piezoelektrik?

>> 4. Bagaimana sensor piezoelektrik digunakan dalam aplikasi industri?

>> 5. Apa arah masa depan dalam penelitian bahan piezoelektrik?

● Kutipan:

Sensor tegangan piezoelektrik adalah perangkat yang mengubah tegangan mekanik menjadi sinyal listrik, memanfaatkan efek piezoelektrik. Fenomena ini terjadi dalam bahan yang menghasilkan muatan listrik sebagai respons terhadap deformasi mekanis, seperti tekanan atau regangan. Pilihan material untuk sensor ini sangat penting karena menentukan sensitivitas, daya tahan, dan rentang operasi mereka. Dalam artikel ini, kami akan mengeksplorasi berbagai bahan yang digunakan Sensor tegangan piezoelektrik , sifatnya, dan aplikasi.

Pengantar bahan piezoelektrik

Bahan piezoelektrik dapat dikategorikan secara luas ke dalam tiga jenis utama: kristal, keramik, dan polimer. Setiap jenis memiliki sifat dan aplikasi yang unik.

- Bahan kristal: Ini termasuk bahan alami seperti kuarsa dan turmalin, yang telah digunakan secara historis karena sifat piezoelektriknya. Namun, mereka kurang sensitif dibandingkan dengan bahan keramik tetapi menawarkan stabilitas jangka panjang yang lebih baik.

- Bahan keramik: Keramik piezoelektrik yang paling umum adalah timah zirkonat titanate (PZT), barium titanate, dan timah titanate. Bahan -bahan ini memiliki sensitivitas tinggi dan banyak digunakan dalam sensor dan aktuator. Namun, mereka rapuh dan memiliki suhu Curie yang lebih rendah, membatasi penggunaannya dalam aplikasi suhu tinggi.

- Bahan polimer: Polimer seperti polyvinyliden fluoride (PVDF) menawarkan fleksibilitas dan dapat dengan mudah dibentuk menjadi berbagai bentuk. Mereka memiliki modulus Young yang lebih rendah dibandingkan dengan keramik, membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan sensitivitas tegangan tinggi.

Bahan piezoelektrik dalam sensor tegangan

Sensor tegangan piezoelektrik menggunakan bahan -bahan ini untuk mengukur regangan atau ketegangan dalam struktur. Sensor mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik, yang kemudian diproses untuk memberikan informasi tentang gaya yang diterapkan.

1. Piezoelectric Ceramics (PZT)

- Keramik PZT banyak digunakan dalam sensor piezoelektrik karena sensitivitasnya yang tinggi dan kemudahan fabrikasi. Mereka dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk dan ukuran, menjadikannya serbaguna untuk aplikasi yang berbeda.

- Keramik PZT memiliki konstanta piezoelektrik yang tinggi, yang sangat penting untuk mengubah tegangan mekanik menjadi sinyal listrik secara efisien. Namun, sensitivitas mereka menurun dari waktu ke waktu, terutama pada suhu tinggi.

2. Bahan kristal tunggal (kuarsa, gallium fosfat)

Bahan kristal tunggal seperti kuarsa dan gallium fosfat menawarkan stabilitas jangka panjang yang tinggi dan kurang sensitif terhadap perubahan suhu dibandingkan dengan keramik PZT. Mereka ideal untuk aplikasi yang membutuhkan pengukuran yang tepat selama periode yang lama.

3. Bahan Polimer (PVDF)

PVDF adalah polimer fleksibel yang dapat digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan sensitivitas tegangan tinggi dan kekakuan mekanik yang rendah. Ini cocok untuk mendeteksi biosignal dan dapat diintegrasikan ke dalam perangkat yang dapat dikenakan.

Aplikasi sensor tegangan piezoelektrik

Sensor tegangan piezoelektrik menemukan aplikasi di berbagai industri karena kemampuannya untuk mengukur perubahan dinamis dalam stres mekanik secara akurat.

- Aerospace dan Otomotif: Digunakan dalam Analisis Getaran dan Sistem Pengukuran Tekanan.

- Perangkat medis: Dipekerjakan dalam pencitraan ultrasound dan deteksi biosignal.

- Proses Industri: Digunakan untuk memantau tekanan dan getaran pada mesin.

Pertimbangan desain untuk sensor tegangan piezoelektrik

Saat merancang sensor tegangan piezoelektrik, beberapa faktor harus dipertimbangkan:

- Pemilihan material: Pilihan material mempengaruhi sensitivitas sensor, kisaran suhu operasi, dan daya tahan.

- Sensor Geometry: Bentuk dan ukuran sensor mempengaruhi sifat mekaniknya dan output listrik.

- Pengkondisian Sinyal: Elektronik eksternal diperlukan untuk memperkuat dan memproses sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor.

Tantangan dan keterbatasan

Terlepas dari keunggulan mereka, sensor tegangan piezoelektrik memiliki beberapa keterbatasan:

- Sensitivitas suhu: Output sensor piezoelektrik dapat bervariasi dengan suhu, membutuhkan kompensasi termal dalam beberapa aplikasi.

- Pengukuran statis: Sensor piezoelektrik tidak cocok untuk pengukuran statis karena bocor dari waktu ke waktu.

- Impedansi tinggi: Elektronik khusus diperlukan untuk menangani impedansi tinggi dari sensor -sensor ini.

Perkembangan masa depan

Penelitian sedang berlangsung untuk mengembangkan bahan piezoelektrik baru dengan sifat yang lebih baik, seperti sensitivitas dan stabilitas yang lebih tinggi. Keramik bebas timbal dan polimer canggih sedang dieksplorasi untuk potensi mereka dalam penginderaan aplikasi.

Kesimpulan

Sensor tegangan piezoelektrik adalah perangkat serba guna yang memanfaatkan efek piezoelektrik untuk mengukur tegangan mekanik. Pilihan materi sangat penting, dengan opsi mulai dari keramik PZT hingga bahan kristal tunggal dan polimer seperti PVDF. Setiap materi menawarkan keunggulan unik dan cocok untuk aplikasi yang berbeda. Seiring kemajuan teknologi, kita dapat berharap untuk melihat inovasi lebih lanjut dalam bahan piezoelektrik dan aplikasinya.

FAQ

1. Apa efek piezoelektrik?

Efek piezoelektrik adalah fenomena di mana bahan tertentu menghasilkan muatan listrik sebagai respons terhadap tegangan mekanis, seperti tekanan atau ketegangan.

2. Bahan apa yang biasa digunakan dalam sensor piezoelektrik?

Bahan umum termasuk keramik PZT, kuarsa, gallium fosfat, dan polimer PVDF. Setiap bahan memiliki set properti dan aplikasi sendiri.

3. Apa keterbatasan sensor piezoelektrik?

Sensor piezoelektrik tidak cocok untuk pengukuran statis karena bocor muatan, sensitif terhadap perubahan suhu, dan membutuhkan elektronik khusus karena impedansi tinggi.

4. Bagaimana sensor piezoelektrik digunakan dalam aplikasi industri?

Mereka digunakan untuk analisis getaran, pengukuran tekanan, dan kesehatan mesin pemantauan di industri seperti kedirgantaraan, otomotif, dan manufaktur.

5. Apa arah masa depan dalam penelitian bahan piezoelektrik?

Penelitian difokuskan pada pengembangan keramik bebas timbal, meningkatkan stabilitas material, dan mengeksplorasi aplikasi baru dalam pemanenan energi dan teknologi penginderaan canggih.

Kutipan:

[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/understanding-the-components-of-piezoelectric-transducers/

[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_piezoelectric_materials

[7] https://www.americanpiezo.com/apc-siaterials/apc-siaterials-for-sensing-applications/

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

[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-siaterials/

[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-sensorssors-work/

[22] https://www.strainsense.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

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

[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

[32] https://iconprocon.com/blog-post/understanding-piezoelectric-submersible-level-sensorsssors-how-mork-work-and-theat-technical-components/