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压电电路:关于它的详细概述

  • 发表时间:2021-10-15 09:19:39
  • 来源:本站
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每天,我们都会遇到不同的情况,需要我们测量未知的物理量。例如,温度水平或压力水平。而且,要测量这些未知量,您将需要具有此类功能的设备。谢天谢地,我们有了答案。您只需要一个压电电路。对于各种应用,有不同类型的压电电路,例如压电蜂鸣器或压电传感器然而,本文的重点是压电换能器。因此,在本文中,我们将向您展示您需要了解的有关压电电路和不同类型压电电路的所有信息此外,如果您想了解有关转换项目的压电换能器的更多信息,本文也适合您。

你准备好了吗?让我们开始!

什么是压电电路

数字电路

首先,让我们看看压电是什么意思。简单地说,压电是由机械压力产生的电,产生我们所知道的压电效应。 

现在,压电电路利用这种压电效应将力、加速度、温度、压力或应变变化产生的能量转换为电荷。

术语“换能器”包含可以将一种形式的能量转变为另一种形式的一切事物。因此,压电换能器是换能器的一种。 

但这还不是全部。

压电换能器的灵敏度高。因此,由于其良好的响应频率,它可以用作传感器并在加速度计中工作。

压电换能器如何工作?

超声换能器图标

如前所述,压电换能器基于压电原理工作。此外,压电材料(在这种情况下为石英)具有覆盖其主体的导电材料(银)薄层。 

石英晶体

此外,石英晶体是置于有序晶体系统 (SiO2) 中的硅和氧的组合。 

更重要的是,压电晶体是电中性和无偏的(不均匀和对称)。

虽然与这些晶体一起存在的原子没有顺序,但它具有中等的电负载。换句话说,正电荷抵消负电荷。 

此外,石英晶体还有一个独特的功能。每当您在表面上对其施加压力或机械力时,它就会产生电极性。 

如果您想获得更多关于压电电路的信息,您可以查看这篇文章

压电传感器类型

存在各种类型的压电换能器。此外,您可以根据压电晶体材料对这些类型的压电换能器进行分类。 

陶瓷压电换能器

那么,您可以创建不同形状和尺寸的陶瓷压电换能器。因此,您始终可以满足您或您客户的特定要求。陶瓷压电换能器的主要成分主要是由锆钛酸铅组成。

罗谢尔盐压电换能器

罗谢尔盐是另一种可用于压电晶体管的材料。在所有不同的压电材料中,罗谢尔盐是输出最高的材料。

一些缺点包括无法在潮湿环境中使用这种材料。此外,您可以在特定温度(240 摄氏度)以上使用这种材料。

然而,合成晶体比天然晶体更适用于电压峰值输出应用,尤其是在灵敏度方面。

基于操作的压电换能器

您可以根据工作频率将压电换能器分为兆声波、声波和超声波换能器。这些分类中的每一个都有不同的设计和功能。首先,您可以在任何可听频率级别使用声波换能器,该级别应低于 2 kHz。 

声波换能器的好例子是蜂鸣器换能器。其次,超声波换能器的正常工作频率在20~200kHz之间。最后,兆声换能器在 MHz 频率级别工作。

超声波换能器

超声波换能器

压电电路示例 

以下是其他压电电路及其工作原理的一些示例:

3V 有源蜂鸣器

3V 有源蜂鸣器电路图

3V 有源蜂鸣器电路图

资料来源:维基共享资源

使用 3V DC 电源的压电式蜂鸣器很难获得响亮的声音强度。 

然而,该电路绕过了这些限制并有效地产生了强烈的声音。它通过将升压扇区与谐振反馈网络相结合来实现这一点。 

因此,压电晶片接收的电压峰峰值约为 40 伏。最终的结果是一个可以在不消耗大量电流的情况下产生响亮声音的电路。

使用压电装置的运动警报

使用压电装置的运动警报

使用压电装置的运动警报

资料来源:维基共享资源

这是另一个价格合理且易于构建的压电电路。该电路的结果是一种压电设备,您可以将其用作任何运动警报的运动感应设备。

点击声音发生器压电电路

点击声音发生器压电电路

点击声音发生器压电电路

资料来源:维基共享资源

每当您按下计算机系统上的按钮时,咔嗒声发生器电路就会产生可听见的“咔嗒”声或反馈。上述两个电路具有功能,以产生每一个从低他们的逻辑输入切换到高时这些点击声音。

压电式发声器功耗低,可提供传感器级别的指示。此外,您可以控制每秒获得的点击次数。

压电分接开关 

 

压电分接开关电路

资料来源:维基共享资源

这是另一个使用压电晶片的压电电路。此外,您可以将此晶片固定在塑料盒内,使其充当手指敲击传感器。因此,每当您轻敲装有晶圆的盒子时,它就会打开/关闭外部设备的电源(交流或直流)。 

此外,一个 9v 电池为该电路供电并驱动单个 10 Amp 触点额定值单线圈继电器(5V)。使用此继电器,您可以在交流或直流电源之间切换。此外,当您将电路置于待机模式时,它消耗的电流最小为 1ua。

压电式抽头开关电路塑料盒

压电式抽头开关电路塑料盒

资料来源:维基共享资源

压电传感器:不同类型的工作模式

压电换能器具有三种主要操作模式,具体取决于您如何对压电材料进行切片。它们包括横向、纵向和剪切操作模式。

对于横模;您可以对主轴“Y”施加压力并产生负载。然后,与压力线成 90 度角向“X”方向移动。此时,电荷将取决于压电材料的形状。

对于纵向模式,产生的载荷取决于您施加的力。与横向效应相反,纵向模式中的负载不取决于压电材料的形状或尺寸。

最后,剪切模式类似于纵向效应。它根据您施加的力产生负载,也不依赖于压电元件的几何形状。

压电传感器应用

以下是压电换能器的一些应用:

  • 在汽车、接近度和液位传感器中

汽车应用 

汽车应用 

  • 在住宅产品中,例如运动探测器或物体探测器

  • 在玩具、遥控器和游戏等普通电子设备中

遥控器

遥控器 

  • 计算汽车应用中的爆炸

  • 在有自动门的机场或餐厅

压电换能器的优点和局限性

以下是压电换能器的一些优点和局限性

好处

  • 它们是自发电换能器

  • 适合各种应用

  • 易于在电路中使用和处理

限制

  • 易受温度等环境条件的影响

  • 无法测量静态应用

  • 您无法轻松获得压电材料所需的形状和强度

  • 在少数应用中偶尔会出现低输出电压

总之

压电电路是适用于各种应用的独特电路。压电换能器是这些电路中的一种,可为您提供在其他传感器设备中几乎找不到的独特功能。

压电换能器有几个优点和缺点——但这取决于您的应用。最后,在做出选择或购买之前,一定要仔细评估压电换能器的性能。

我们现在到了这篇文章的结尾。但是,如果您有更多问题,请随时与我们联系我们很乐意听取您的意见。