Porozumění a používání piezoelektrického měniče

V tomto příspěvku se pokusíme prozkoumat, co jsou převodníky a jak je třeba je konfigurovat v obvodech, když je používáte v dané aplikaci

Porozumění piezoelektrickým měničům

Piezoelektrický měnič je zařízení primárně používané k převodu aplikované frekvence na slyšitelný zvuk. Lze jej přirovnat k hlasitému reproduktoru, přičemž jediným rozdílem je manipulační kapacita a provozní principy.

Reproduktor se používá pro zpracování vysoce výkonných zvukových frekvencí a je schopen reprodukovat přesně to, co bylo na vstupu přiváděno.

Piezoelektrický měnič však nemusí být tak účinný jako reproduktor s výkonem a kvalitou výstupu, ale existuje několik funkcí, díky nimž jsou tato zařízení vynikající.

Piezoelektrický měnič je speciálně vhodný pro generování velmi vysokých zvukových výstupů, které by reproduktor nemusel dělat.

Piezoelektrický měnič je navíc levný, velmi kompaktní a elegantní a nevyžaduje pro provoz složité obvody.

V zásadě se tedy používají k výrobě vysokých tónů použitelných v hudebních klanech, varovných zařízeních atd.

Obecné specifikace (použití jako zvukový generátor)

Piezoelektrický měnič má kulatý tvar s kovovou základnou, piezoelektrické měniče o průměru 27 mm jsou populárnější.
Asi 3 mm od vnějšího obvodu je vnitřní piezo materiál potažen na kovové základně piezo.

Tento materiál je velmi zranitelný, zejména při pájení vodičů.

V zásadě se jedná o dva kontaktní a tři kontaktní typy. Kovová základna se používá jako uzemňovací svorka a vnitřní povlak materiálu poezo se stává kladnou svorkou.

U typu se třemi kontakty vnitřní piezo materiál sestává z malé diskrétně oddělené piezo sekce, která se stává třetím kontaktem a chová se většinou jako zpětnovazební prvek.

Výše uvedené tři piezoelektrické kontakty lze také použít v aplikacích se dvěma vodiči, kde se nepoužívá třetí centrální zpětnovazební kontakt.

Vnější frekvence z piezo budiče je aplikována na kovovou základnu a vnitřní piezo materiál, piezo pak začne vibrovat na úrovni aplikované frekvence a generuje vysoký zvuk.

Tento zvuk však může být velmi nevýznamný a má nízkou hlasitost, pokud není piezo upevněn přes speciální plastové pouzdro se středovým otvorem.

Na velikosti otvoru záleží a neměla by být větší než 8 mm v průměru nebo menší než 6 mm v průměru.

Plastové pouzdro by mělo být takové, aby se piezo lepidlo přilepilo na zvedací plošinu jen pár mm nad základnou pouzdra, která se skládá z výše vysvětleného otvoru.

Vyvýšená část by měla být široká jen 2 mm a stěží nesla obvodovou hranu piezoelektrického snímače.

Celý postup lepení (instalace) byl vysvětlen v tomto jednoduchém článku o obvodu bzučáku .

Technické specifikace - Jak funguje piezo

Jak víme, piezoelektrický měnič převádí mechanickou sílu na ekvivalentní elektrické impulsy napříč svorkami těla. Aplikace této mechanické síly na piezo materiál může být v následujících 3 základních formách:

• Příčný
• Podélný
• Stříhat.

Příčný účinek

V tomto nárazovém tlaku se řezy podél neutrální osy (y) pohybují náboji ve směru (x), kolmém na linii síly. Vyrobená velikost nebo úroveň náboje (Cz) závisí na geometrických specifikacích piezoelektrického materiálu. Pokud vezmeme a, b, d jako rozměry, dostaneme:

C_s= d_xyF_Y b / a

kde na je rozměr přes neutrální osu, b leží na vedení, které generuje náboj, a d je relevantní piezolektrický koeficient.

Podélný účinek

V tomto nárazu je velikost přenášeného náboje specificky ekvivalentní použité síle. To však nezávisí na piezoelektrických rozměrech.

Jediným způsobem, jak zvýšit výstup náboje z piezoelektrického prvku, je konfigurovat mnoho z těchto zařízení mechanicky v sérii nebo naskládaných nad sebou, ale elektricky zapojených paralelně. Vygenerovaný poplatek lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

C_X= d_xxF_X n

Kde d_xxoznačuje piezoelektrický koeficient pro náboj ve směru x, který je vytvářen napětím nebo silou působící ve stejném směru. F_Xpředstavuje sílu působící ve směru x, zatímco n představuje počet piezoelektrických prvků naskládaných nad sebou.

Efekt smyku

V tomto nárazu jsou generované náboje specificky ekvivalentní vynaložené síle, ale ne v závislosti na piezo rozměrech. Když n počet měničů je naskládán do série jeden nad druhým a jsou elektricky zapojeny paralelně, velikost náboje lze vypočítat pomocí následující rovnice:

C_X= 2d_xxF_X n

Pouze příčný efekt má nastavitelnou citlivost na aplikovanou sílu na piezo materiál, která není k dispozici pro výsledky podélného a smykového účinku.