Innhold
- Eksempler på svinger
- Piezoelektrisk effekt forklart
- Piezoelectric Transducer vs. Sensor Differences
- Andre grupper av svingereksempler
- Påføring av membranomformere
- Trykkgiverens fysikk og applikasjoner
Fra mikrofoner på konserter til pH-prober som tester kjemikalier for surhet, finner du svingere i en rekke bruksområder. Navnet transducer refererer til alle enheter som transformerer mekaniske fenomener til elektriske fenomener eller omvendt. Dette gjør at de dukker opp i mange livsområder fra radioantenner til øretelefoner.
Eksempler på svinger
Det er mange måter å beskrive de forskjellige applikasjonene til svinger fordi det er så mange måter å kategorisere dem på. En generell metode som viser hvordan de skiller seg fra hverandre er å sammenligne hvordan svingere konverterer energi og grupperer dem etter dette.
Et eksempel på anvendelse av transduseromdannelse er en temperaturomformer som konverterer temperatur til et elektrisk potensial. Denne metoden for kategorisering er nyttig for å fortelle deg hva en type svinger brukes til.
Transdusere kan være fotovoltaiske, piezoelektriske, kjemiske, gjensidige induksjonsbaserte, elektromagnetiske, fotolederbaserte eller Hall-effektbaserte. De fotovoltaisk transduser konverterer lys til elektrisk energi. Piezoelektriske transdusere bruk den piezoelektriske effekten for å konvertere mekanisk stress til elektrisk energi. Kjemiske transdusere konvertere kjemisk energi til andre former for energi.
Svinger som bruker gjensidig induksjon måle en mengde som dreiemoment, kraft, hastighet, lineær forskyvning, trykk, akselerasjon eller annen egenskap og reager med en endring i induktans, evnen til en leder til å motsette seg en elektrisk strøm påført gjennom den.
Elektromagnetiske svinger konvertere endringer i magnetfelt til elektrisk energi. Fotoledende transdusere konverter sollys til elektrisk energi. Transdusere som er avhengige av Halleffekt (produksjon av en spenningsforskjell over en elektrisk leder) konverterer endringer i magnetfelt til elektrisk energi.
Noen av disse typene svinger har sine anvendelser i hverdagsapparater, for eksempel hvordan piezoelektriske svingere brukes i elektriske sigarettenner der, når du trykker på knappen, treffer en fjærbelastet hammer en piezoelektrisk krystall som skaper en spenning over en gnistgap til antenn gass.
Andre brukes i mer store prosjekter som den største dreiemomentgiveren i verden, som veier inn til 4,6 tonn og måler dreiemoment på opptil 10MNm, av Datum Electronics.
Piezoelektrisk effekt forklart
Du kan finne den piezoelektriske effekten i mange materialer, men det er viktig å skille dem fra sensorer, en av deres applikasjoner i svinger. Piezoelektriske transdusere passer materiale mellom to metallplater. Oppsettet genererer piezoelektrisitet når materialet skyves sammen. Dette konverterer den mekaniske kraften fra dytten til elektrisitet.
Du kan tenke på det piezoelektriske materialet som presses sammen som et batteri med en positiv ende og en negativ ende. Strømmen strømmer hvis du kobler de to ansiktene til batteriet i en elektrisk krets.
Det motsatte er mulig også. Hvis du skulle indusere en elektrisk strøm på tvers av materialet, ville den gjennomgå en mekanisk påkjenning som presser seg selv sammen, kjent som omvendt piezoelektrisk effekt, og både frem- og bakovermekanismer brukes i piezoelektriske sensorer.
Piezoelectric Transducer vs. Sensor Differences
Piezoelektriske sensorer skiller seg fra svingere ved at det er et spesifikt eksempel på piezoelektrisk svinger som bruker en viss type kraft transformert til en elektrisk energi som indikerer at en slags observasjon har skjedd. Når du observerer den piezoelektriske effekten i naturen, som i naturlige kilder til rørsukker, Berlinitt og kvarts, kan de fungere som biologiske kraftsensorer som kan fortelle deg om en viss kjemisk reaksjon har blitt gjort som et resultat av den piezoelektriske effekten.
Tilsvarende kan piezoelektriske sensorer som ingeniører lager, oppdage trykkvariasjoner i lyd for bruk i mikrofoner, pickuper for elektrisk gitar, medisinsk avbildning og industriell ikke-destruktiv testing. I motsetning, piezoelektriske aktuatorer bruk den omvendte piezoelektriske effekten for å indusere en mekanisk belastning som respons på en påført elektrisk strøm.
Elektriske dipolmomenter (separering av positive og negative ladninger i et materiale) fra krystallgitterstrukturen i materialer, får den piezoelektriske effekten til å skje. Når materialene presses sammen, stiller dipoler seg på en slik måte at elektrisk ladning kan strømme.
Poling, en prosess der et stort elektrisk felt brukes til å samkjøre regionene til dipoler, kan gjøres til noen piezoelektriske materialer for å øke effektiviteten. Disse piezoelektriske materialene trenger ikke å ha noe symmetrisenter fordi, hvis de gjorde det, ville nettoladningen avbrytes til null og strømmen kunne ikke strømme.
Andre grupper av svingereksempler
Fordi svingere er så brede med mange applikasjoner, kan du gruppere dem etter andre metoder også. Svinger kan sorteres etter den type mengde de måler. Det er svingere som måler temperatur, trykk, forskyvning, kraft, flyt og induktans.
Termoelementer måler temperatur og gir en spesifikk elektrisk spenning basert på den. Membrantransdusers konvertere endringer i trykk til små endringer i forskyvning av en membran. Disse bruker et materiale med mikroskopiske hull som lar vann og hydroksylioner eller gasser transportere mellom anoden og katoden til en elektrisk celle.
Påføring av membranomformere
Sil målere, enheter som oppdager små endringer i elektrisk motstand når en mekanisk kraft blir påført dem, er et flott eksempel på en påføring av membrantransdusere. De brukes i balanser som presise metoder for å måle massen til et objekt eller materialer som er plassert på dem. Strekkmålere oppdager små endringer i størrelsen på måleren som respons på en motstand fra en indusert elektrisk strøm.
Strekkmålere er bygget i et sikksakkmønster på en støtte som oppdager endringer i motstand. Målingsfaktoren representerer denne følsomheten for endring og kan beregnes som endringen i motstand dividert med verdien av stamme som δR / δS.
Ledningen er nominelt av sirkulært tverrsnitt. Når det påføres belastning på måleren, forvrenger formen på tverrsnittet av motstandstråden, og endrer tverrsnittsområdet. Ettersom ledningens motstand per lengde på enheten er omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet, er det en konsekvensendring i motstanden.
Forholdet mellom inngang og utgang for en tøyningsmåler blir uttrykt av målefaktoren, som er definert som endringen i motstand δR for en gitt verdi av tøyning δS, det vil si målefaktor = δR / δS. Mekanismene bak strekkmåleren, mens de ligner de for den piezoelektriske effekten, viser hvor brede bruksområder innen fysikk og prosjektering for svingere kan være.
Mens de begge konverterer mekanisk energi til elektrisk energi, er den piezoelektriske effekten mest avhengig av den kjemiske sammensetningen av materialer mens strekkmåleren bruker motstanden i en elektrisk krets.
Trykkgiverens fysikk og applikasjoner
EN trykkomformer er et annet eksempel på en strekkmåleromformer. En trykkomformer bruker en strekkmåler laget av silisium for å beregne strøm som har et tilsvarende trykk og forskyvning av vannstanden. For denne typen svingere korrelerer 9,8 kPa trykk med 1 m vannhøyde.
En trykkomformer bruker vanligvis luftede kabler for å redusere påvirkningen av atmosfæriske trykkendringer sammen med en digital datalogger for kontinuerlig datautgang som en forsker eller ingeniør enkelt kan analysere.
En generell trykkomformer kan også lide av tilstopping som følge av jernhydroksyd og andre materialer som dannes som bunnfall, skader fra sure miljøer eller korrosjon på grunn av gass til deres bruk i gruveomgivelser.