Piezoelektrisk givarkrets och dess tillämpningar

Vissa kristaller som bariumtitanat, kvarts, litiumtantalit etc. har egenskapen att producera elektricitet när de applicerar en kraft eller ett tryck över dem under specifikt arrangemang. De kan också arbeta invers genom att omvandla den elektriska signalen som appliceras över dem till vibrationer. Följaktligen används de som omvandlare i många applikationer. De kallas som piezoelektriska material. Följaktligen producerar en piezoelektrisk omvandlare spänning när den applicerar en kraft över dem och vice versa. Låt oss först titta på några av applikationerna för piezoelektrisk omvandlare följt av definitionen.

Piezoelektrisk effekt:

1. Mekanisk stressanalysator:

Huvudapplikationen är spänningsanalysator för kolumner i byggnad där den proportionella spänningen som produceras vid spänning över kristallen mäts och motsvarande spänning kan beräknas.

2. Tändare:

Tändare för gasbrännare och cigarettändare följer också samma regel för piezoelektrisk effekt som producerar elektrisk puls på kraften som produceras av en plötslig påverkan av avtryckaren över materialet inuti dem.

Piezo elektrisk effekt definieras som den förändring i elektrisk polarisering som produceras i vissa material när de utsätts för mekaniska påfrestningar.

Omvänd piezoelektrisk effekt:

1. Kvartsur:

Inuti vår klocka finns kvartsresonator som fungerar som oscillator. Elementet är kiseldioxid. Den elektriska signalen som appliceras över kristallen gör att den vibrerar regelbundet vilket i sin tur reglerar kugghjulen inuti vår klocka.

2. Piezo-surrare:

Ljudsignaler används i stor utsträckning i många applikationer, såsom bilindikator, datorer osv. I det här fallet tenderar de att vibrera vid spänning med viss storlek och frekvens över ovannämnda kristall. Vibrationen kan avledas till ett inrymt utrymme med liten öppning vilket gör det till hörbart ljud.

Invers Piezo elektrisk effekt definieras som den töjning eller deformation som produceras i vissa material när den utsätts för ett elektriskt fält.

Piezoelektrisk omvandlare:

Ovan finns en billig piezoelektrisk omvandlare med tre terminaler som används i 12V Piezo Buzzer som producerar ljud med nedanstående kretsarrangemang. Där det svarta huset blir strukturen för att skapa hörbart ljud.

Omvandla kraft till el med hjälp av piezoelektrisk omvandlare:

Låt oss försöka experimentera den piezoelektriska effekten genom att omvandla en kraft till liten spänningssignal med den piezoelektriska givarskivan. Låt oss sedan försöka lagra den energi som produceras genom kraften eller trycket.

Lödning av terminalerna:

Lödning av kabeln till den piezoelektriska omvandlaren är huvuddelen av att använda dem. Var försiktig så att du inte överhettar ytan eftersom den smälter av även vid låg temperatur i några sekunder. Försök därför smälta blyet i lödkolv och släpp det smälta lödet över ytan. För denna operation räcker terminalerna positiva och negativa och kan ses på bilden ovan.

Drift:

Den piezoelektriska omvandlaren producerar en diskontinuerlig eller alternerande utgång när den applicerar upprepad tappkraft över den. Därför måste det åtgärdas för att göra det lagringsbart eller användbart DC. För en högre likriktningseffektivitet på 80% eller högre kommer vi därför att använda fullvågslikriktare. Antingen kan vi använda en kombination av fyra dioder i bryggkonfiguration eller ett paket med inbyggd bryggdiod som RB156. Här är referensen för att bygga fullvågslikriktare med filter.

Följaktligen tillämpas samma koncept här där den växlande utgången från den piezoelektriska omvandlaren omvandlas till likström och lagras inuti utgångskondensatorn. Den lagrade energin försvinner sedan genom en lysdiod med kontrollerad utgång. Därför kommer förlusten av lagrad energi att vara synlig.

Piezoelektrisk givarkretsdiagram:

Nedan är det schematiska diagrammet för den piezoelektriska givarkretsen där energin som lagras i kondensatorn kommer att försvinna först när den taktila omkopplaren är stängd.

Kondensatorn som används i utgången kan ökas ytterligare för att öka lagringskapaciteten men antalet piezoelektriska omvandlare måste dock också ökas. Därför är det här 47uF.

Arbetssätt:

Som förklarats i simuleringen ovan görs anslutningarna i brödbrädan. Men anledningen till att använda två piezoelektriska givare är att öka mängden energi som produceras inom ett kort tidsintervall. Inledningsvis ger vi kontinuerlig knackning över givarna.

När den önskade spänningsnivån har uppnåtts trycker vi på den taktila omkopplaren och lysdioden lyser ett ögonblick.

Anledningen till att LED blinkar enligt nedan är att den använda 47uF kondensatorn endast kan lagra så mycket energi för att blinka LED i några sekunder. Mängden energi som produceras och lagras kan ökas genom att öka antalet omvandlare och kondensatorvärdet. Den video nedan visar ovanstående gjort processen i steg.