Language
Country/Area
No result found
Please try again with a different
query
"Never
Stop
Questioning"
Изучение тайн пьезоэлектрического эффекта: как пьезоэлектрические материалы могут произвести революцию в промышленном применении?
<р>
В современном технологическом мире пьезоэлектрические датчики постепенно появляются и становятся важным элементом во многих промышленных приложениях. Это устройство использует пьезоэлектрический эффект для измерения изменений давления, ускорения, температуры, деформации и силы и преобразования их в электрические заряды. Слово «пьезо», обозначающее пьезоэлектрический эффект, происходит от греческого слова, означающего «нажимать» или «сжимать». Однако широкое применение этой технологии имеет прочную научную основу.
<р> Хотя пьезоэлектрический эффект был впервые обнаружен Жаком и Пьером Кюри в 1780 году, только в 1950-х годах этот эффект начал широко использоваться в промышленных датчиках. Со временем этот принцип измерения стал более зрелым и показал себя чрезвычайно надежным. Сегодня датчики этого типа успешно используются в медицинском, аэрокосмическом, ядерном приборостроении и даже в датчиках наклона в бытовой электронике и датчиках давления в сенсорных панелях мобильных телефонов. <р> В автомобильной промышленности пьезоэлектрические компоненты используются для контроля процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Эти датчики могут быть установлены непосредственно в дополнительные отверстия в головке блока цилиндров, либо же миниатюрные пьезоэлектрические датчики могут быть встроены в устройство зажигания. Развитие этой технологии в основном основано на ряде присущих ей преимуществ. Во-первых, высокий модуль упругости многих пьезоматериалов сравним с модулем упругости металлов и даже достигает 106 Н/м2.Универсальность пьезоэлектрических датчиков делает их важнейшим инструментом для обеспечения качества, управления процессами, а также исследований и разработок в различных отраслях.
<р> Кроме того, пьезоэлектрическая технология нечувствительна к электромагнитным полям и излучению, что позволяет проводить измерения в суровых условиях. Некоторые из этих материалов, особенно фосфат галлия и турмалин, также весьма стабильны при высоких температурах и работают при температурах до 1000°C. В то же время турмалин, помимо пьезоэлектрического эффекта, обладает еще и термоэлектрическим эффектом, то есть при изменении температуры кристалла он может генерировать электрический сигнал; <р> Хотя пьезоэлектрические датчики все чаще используются в промышленности, одним из их основных недостатков является то, что они не могут обеспечить по-настоящему статические измерения. Когда к пьезоэлектрическому материалу прикладывают статические силы, сохраняется фиксированный заряд, но сигнал вскоре ослабевает из-за несовершенной изоляции внутри материала и уменьшения внутреннего сопротивления. Однако это не означает, что пьезоэлектрические датчики можно использовать только для очень быстрых процессов или работать в условиях окружающей среды.Хотя пьезоэлектрические датчики представляют собой мехатронные системы, реагирующие на сжатие, их чувствительные элементы практически не имеют отклонения, что обеспечивает им надежность и чрезвычайно высокую собственную частоту, демонстрируя отличные характеристики в широком диапазоне амплитуд.
<р> Кроме того, пьезоэлектрические датчики могут одновременно измерять резонанс и емкость для выявления запахов в воздухе. С развитием электронного оборудования с компьютерным управлением сфера применения пьезоэлектрических датчиков продолжает расширяться. Еще интереснее то, что принципы пьезоэлектрической технологии отражены даже в природе. Например, сам коллаген обладает пьезоэлектрическими свойствами и считается датчиком биологических сил.Многие пьезоэлектрические устройства способны генерировать квазистатические измерения, а другие работают даже при температурах выше 500°C.
Основные принципы действия пьезоэлектрических материалов
<р> Способ резки пьезоэлектрических материалов определяет три основных режима его работы: поперечный, продольный и сдвиговой. Поперечный эффект заключается в том, что, когда сила прикладывается вдоль нейтральной оси, заряд движется перпендикулярно направлению силы, в то время как продольный эффект заключается в том, что приложенный заряд пропорционален приложенной силе, что приводит к постоянному заряду независимо от силы. размер материала. Наконец, эффект сдвига создает заряд, перпендикулярный силе, опять же независимо от размера или формы компонента.Конструкция и материалы датчика
<р> Пьезоэлектрическая технология часто используется для измерения физических величин, особенно давления и ускорения. Конструкции датчиков давления обычно включают в себя мембрану и тяжелое основание для приложения давления в определенном направлении, в то время как акселерометры используют массу, установленную на кристаллическом элементе, для проверки элемента на устойчивость к силам, действующим по законам движения Ньютона. Кроме того, датчики часто чувствительны к множеству физических величин, которые требуют детального рассмотрения при проектировании.<р> Пьезоэлектрическая керамика, такая как керамика ЦТС, на два порядка более чувствительна, чем природные монокристаллические материалы, и может быть произведена с помощью недорогого процесса спекания. Однако чувствительность таких материалов со временем снижается, особенно в условиях высоких температур. Природные монокристаллические материалы, такие как фосфат галлия и турмалин, демонстрируют практически неограниченную долговременную стабильность при правильных условиях обработки. Кроме того, тонкопленочные пьезоэлектрические материалы в основном производятся с помощью различных современных процессов, таких как распыление и химическое осаждение из паровой фазы, и их преимущества используются в приложениях, требующих высокой частоты и небольших размеров. <р> Сегодня, когда технологии продолжают развиваться, стоит задуматься о том, как лучше использовать пьезоэлектрический эффект для продвижения будущих промышленных применений.В настоящее время материалы пьезоэлектрических датчиков в основном делятся на три категории: пьезоэлектрическая керамика, монокристаллические материалы и тонкопленочные пьезоэлектрические материалы. Каждый материал имеет разные характеристики и подходит для разных сценариев применения.
Trending Knowledge
Удивительная связь между давлением и электричеством: знаете ли вы, как работают пьезоэлектрические датчики?
В современную эпоху непрерывного технического прогресса пьезоэлектрические датчики играют важную роль в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным измерительным возможностям. Основно
С 1880 года по настоящее время: как развитие пьезоэлектрических технологий повлияло на медицину и аэрокосмическую отрасль?
С тех пор как пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 году, его развитие стало актуальным для многих областей, особенно в медицинской и аэрокосмической промышл
Как точно измерить в экстремальных условиях до 1000 ° C? Тайна пьезоэлектрических датчиков раскрывается!
В быстро развивающемся мире технологий точное измерение стало особенно важным, особенно в экстремальности высокой температуры, и то, как поддерживать точность данных стало проблемой.Пьезоэлектрически