Language
Country/Area
No result found
Menjelajahi rahasia efek piezoelektrik: Bagaimana bahan piezoelektrik dapat merevolusi aplikasi industri?
Dalam dunia teknologi saat ini, sensor piezoelektrik secara bertahap muncul dan menjadi elemen penting dalam banyak aplikasi industri. Perangkat ini menggunakan efek piezoelektrik untuk mengukur perubahan tekanan, percepatan, suhu, regangan, dan gaya, lalu mengubahnya menjadi muatan listrik. Kata "piezo" untuk efek piezoelektrik berasal dari kata Yunani yang berarti "tekan" atau "remas." Namun, penerapan teknologi ini secara luas didasarkan pada landasan ilmiah yang kuat.
Keserbagunaan sensor piezoelektrik menjadikannya alat penting untuk jaminan kualitas, kontrol proses, serta penelitian dan pengembangan dalam berbagai industri.
Meskipun efek piezoelektrik pertama kali ditemukan oleh Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1780, efek tersebut baru mulai digunakan secara luas dalam sensor industri pada tahun 1950-an. Seiring berjalannya waktu, prinsip pengukuran ini telah matang dan terbukti sangat andal. Saat ini, jenis sensor ini berhasil digunakan dalam instrumentasi medis, kedirgantaraan, nuklir, dan bahkan sensor kemiringan dalam elektronik konsumen dan sensor tekanan dalam panel sentuh ponsel.
Dalam industri otomotif, komponen Piezoelektrik digunakan untuk memantau proses pembakaran dalam mesin pembakaran internal. Sensor ini dapat dipasang langsung di lubang tambahan di kepala silinder, atau sensor Piezone mini dapat disematkan di perangkat pengapian. Munculnya teknologi ini terutama didasarkan pada serangkaian keunggulan yang melekat padanya. Pertama, modulus elastisitas tinggi dari banyak bahan Piezo sebanding dengan logam, bahkan setinggi 106 N/m2.
Meskipun sensor piezoelektrik adalah sistem mekatronik yang merespons kompresi, elemen penginderaannya hampir tidak memiliki defleksi, yang memberinya kekokohan dan frekuensi alami yang sangat tinggi, menunjukkan kinerja yang sangat baik pada rentang amplitudo yang lebar. linearitas.
Selain itu, teknologi piezoelektrik tidak sensitif terhadap medan elektromagnetik dan radiasi, sehingga memungkinkannya melakukan pengukuran di lingkungan yang keras. Beberapa bahan ini, terutama galium fosfat dan turmalin, juga cukup stabil pada suhu tinggi, beroperasi pada suhu hingga 1000°C. Pada saat yang sama, selain efek piezoelektriknya, turmalin juga memiliki efek termoelektrik; ini berarti bahwa ketika suhu kristal berubah, ia dapat menghasilkan sinyal listrik.
Meskipun sensor piezoelektrik semakin banyak digunakan dalam industri, salah satu kelemahan utamanya adalah bahwa sensor tersebut tidak dapat mencapai pengukuran yang benar-benar statis. Ketika gaya statis diterapkan pada bahan piezoelektrik, muatan tetap disimpan, tetapi sinyal segera melemah karena isolasi yang tidak sempurna di dalam bahan dan penurunan resistansi internal. Namun, ini tidak berarti bahwa sensor piezoelektrik dapathanya dapat digunakan untuk proses yang sangat cepat atau beroperasi dalam kondisi lingkungan.
Banyak aplikasi piezoelektrik yang mampu menghasilkan pengukuran kuasi-statis, dan yang lainnya bahkan beroperasi pada suhu di atas 500°C.
Selain itu, sensor piezoelektrik juga dapat mengukur resonansi dan kapasitansi secara bersamaan untuk mengidentifikasi bau di udara. Dengan perkembangan peralatan elektronik yang dikendalikan komputer, cakupan aplikasi sensor piezoelektrik terus meluas. Yang lebih menarik adalah bahwa prinsip-prinsip teknologi piezoelektrik bahkan tercermin di alam. Misalnya, kolagen sendiri memiliki sifat piezoelektrik dan dianggap sebagai sensor gaya biologis.
Prinsip operasi utama bahan piezoelektrik
Cara bahan piezoelektrik dipotong menentukan tiga mode operasi utamanya: melintang, membujur, dan geser. Efek transversal adalah ketika gaya diterapkan sepanjang sumbu netral, muatan bergerak tegak lurus terhadap arah gaya, sedangkan efek longitudinal adalah muatan yang diterapkan sebanding dengan gaya yang diterapkan, sehingga menghasilkan muatan yang konsisten terlepas dari ukuran material. Terakhir, efek geser menciptakan muatan yang tegak lurus terhadap gaya, sekali lagi terlepas dari ukuran atau bentuk komponen.
Desain dan material sensor
Teknologi piezoelektrik sering digunakan untuk mengukur besaran fisik, terutama tekanan dan percepatan. Desain sensor tekanan biasanya mencakup membran dan alas yang berat untuk menerapkan tekanan ke arah tertentu, sementara akselerometer menggunakan massa yang dipasang pada elemen kristal untuk menguji elemen terhadap gaya yang diberikan oleh hukum gerak Newton. Selain itu, sensor sering kali sensitif terhadap beberapa besaran fisik, yang memerlukan pertimbangan terperinci selama desain.
Saat ini, material sensor piezoelektrik terutama dibagi menjadi tiga kategori: keramik piezoelektrik, material kristal tunggal, dan material piezoelektrik lapisan tipis. Setiap material memiliki karakteristik yang berbeda dan cocok untuk berbagai skenario aplikasi.
Keramik piezoelektrik, seperti keramik PZT, dua kali lipat lebih sensitif daripada material kristal tunggal alami dan dapat diproduksi melalui proses sintering berbiaya rendah. Namun, sensitivitas material tersebut menurun seiring waktu, terutama di lingkungan bersuhu tinggi. Material kristal tunggal alami seperti galium fosfat dan turmalin menunjukkan stabilitas jangka panjang yang hampir tak terbatas dalam kondisi pemrosesan yang tepat. Lebih jauh, material piezoelektrik lapisan tipis sebagian besar diproduksi melalui berbagai proses modern seperti sputtering dan deposisi uap kimia, dan keunggulannya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan frekuensi tinggi dan ukuran kecil. <
