نحوه کار مبدل پیزوالکتریک که از انواع سنسور فشار است بر اساس اصل اثر پیزوالکتریک است. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی piezen گرفته شده است که به معنای فشرده کردن یا فشار دادن است. اثر پیزوالکتریک بیان می کند که وقتی فشار یا نیرو مکانیکی بر کریستال کوارتز اعمال می شود، بارهای الکتریکی روی سطح کریستال کوارتز ایجاد می شود. نرخ بار تولید شده متناسب با نرخ تغییر تنش مکانیکی اعمال شده به آن خواهد بود. تنش بیشتر، ولتاژ بیشتر خواهد بود.
ولتاژ الکتریکی تولید شده توسط این مبدل را می توان به راحتی توسط ابزار اندازه گیری ولتاژ اندازه گیری کرد. از آنجایی که این ولتاژ تابعی از نیرو یا فشار اعمال شده به آن خواهد بود، می توانیم با قرائت ولتاژ استنباط کنیم که نیرو/فشار چقدر بوده است. به این ترتیب، مقادیر فیزیکی مانند تنش یا نیرو مکانیکی را می توان مستقیماً با استفاده از فشارسنج پیزوالکتریک اندازه گیری کرد.
محرک پیزوالکتریک چیست؟
یک محرک پیزوالکتریک برعکس سنسور پیزوالکتریک رفتار می کند. این همان چیزی است که در آن اثر الکتریکی باعث تغییر شکل ماده یعنی کشش یا خم شدن می شود. این بدان معناست که در یک سنسور پیزوالکتریک، وقتی نیرو برای کشش یا خم کردن آن اعمال می شود، یک پتانسیل الکتریکی تولید می شود و در مقابل، وقتی روی یک محرک پیزوالکتریک، یک پتانسیل الکتریکی اعمال می شود، تغییر شکل می یابد یعنی کشیده یا خم می شود.
ساختار مبدل پیزوالکتریک
ساختار مبدل پیزوالکتریک این گونه است که این مبدل از کریستال کوارتز تشکیل شده است که از سیلیکون و اکسیژن در ساختار کریستالی (SiO2) استفاده می شود. به طور کلی، سلول واحد (واحد تکرار شونده اصلی) تمام کریستال ها متقارن است اما در کریستال کوارتز پیزوالکتریک این گونه نیست. از نظر الکتریکی این کریستال ها خنثی هستند.
اتم های درون آنها ممکن است به طور متقارن چیده نشده باشند، اما بارهای الکتریکی آن ها متعادل هستند. به این معنی که بارهای مثبت بار منفی را خنثی می کنند. کریستال کوارتز دارای خاصیت منحصر به فردی است که در هنگام اعمال تنش مکانیکی به آن در امتداد یک صفحه خاص، قطبیت الکتریکی ایجاد می کند. اساساً دو نوع تنش وجود دارد. یکی تنش فشاری و دیگری تنش کششی است.
هنگامی که کوارتز بدون تنش وجود دارد هیچ باری بر روی آن ایجاد نمی شود. در مورد تنش فشاری، بارهای مثبت در یک طرف و بارهای منفی در طرف مقابل القا می شوند. اندازه کریستال به دلیل تنش فشاری نازک تر و طولانی تر می شود. در مورد تنش کششی، بارها در مقایسه با تنش فشاری به صورت معکوس القا می شوند و کریستال کوارتز کوتاه تر و پهن تر می شود.
ویژگی های منحصر به فرد اثر پیزوالکتریک
یکی از ویژگی های منحصر به فرد اثر پیزوالکتریک این است که برگشت پذیر است. به این معنی که وقتی ولتاژ به آنها اعمال می شود، تمایل به تغییر همراه با صفحه خاصی دارند، یعنی ساختار کریستالی کوارتز در یک میدان الکتریکی قرار می گیرد، کریستال کوارتز را به مقداری تغییر شکل می دهد. متناسب با شدت میدان الکتریکی اگر همان ساختار در یک میدان الکتریکی با جهت معکوس میدان قرار گیرد، تغییر شکل برعکس خواهد بود.
کاربرد مبدل های پیزوالکتریک
مبدل پیزوالکتریک حساسیت بالایی دارد. بنابراین به دلیل فرکانس پاسخگویی عالی که دارد به عنوان یک سنسور عمل می کند و در شتاب سنج استفاده می شود. با استفاده از مواد پیزوالکتریک، مبدل های پیزوالکتریک را می توان در کاربردهای مختلفی استفاده کرد، از جمله:
- میکروفون: در میکروفون ها فشار صدا به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود و این سیگنال در نهایت برای تولید صدای بلندتر تقویت می شود.
- قفل کمربندهای ایمنی خودرو: در پاسخ به کاهش سرعت سریع با استفاده از مواد پیزوالکتریک کمربندهای ایمنی قفل می شود.
- کاربردهای پزشکی
- فندک برقی آشپزخانه: فشار وارد شده بر روی سنسور پیزوالکتریک یک سیگنال الکتریکی ایجاد می کند که در نهایت باعث روشن شدن فندک می شود.
- مطالعه امواج ضربه ای با سرعت بالا و امواج انفجار
- درمان ناباروری
- چاپگرهای جوهرافشان
- رستوران ها یا فرودگاه ها: وقتی شخصی به در نزدیک می شود و درب به طور خودکار باز می شود.
جمع بندی
در این مقاله به تعریف مبدل پیزوالکتریک و کاربردهای آن پرداختیم. دانستیم که از اثر پیزوالکتریک برای اندازه گیری تغییرات در شتاب، فشار، کرنش، دما یا نیرو با تبدیل این انرژی به بار الکتریکی استفاده می شود. سنسور فشار پیزوالکتریک یکی از تجهیزات ابزار دقیقی است که در فروشگاه پرشین ابزار دقیق به فروش می رسد. اگر در مورد این تجهیزات سوالی دارید با کارشناسان ما تماس بگیرید.
نظرات کاربران