Šildymo elementai veikia remiantis elektros energijos pavertimo šilumos energija principu. Jie sukurti taip, kad atsispirtų elektros srautui, dėl kurio jie įkaista. Sukurta šiluma gali būti naudojama įvairiems tikslams, pavyzdžiui, virimui, šildymui ar pramoniniams procesams. Nepriklausomai nuo kaitinimo elemento tipo, jie visi veikia paverčiant elektros energiją šilumos energija. Gaminamą šilumą galima reguliuoti valdant elektros srovės tekėjimą per elementą, todėl galima tiksliai valdyti temperatūrą įvairiose srityse.
Pjezoelektrinis poveikis: fundamentai ir taikymas plokščių elementų veikloje
Pjezoelektrinis poveikis rodo kvarco kristalo mechaninių savybių ir elektros sujungimo sujungimas. Tiesioginį pjezoelektrinį efektą broliai Kiuri atrado 1880 m. Jie nurodė, kad kai ant kvarco kristalo dedamas sunkus daiktas, kristalo paviršiuje atsiranda elektros krūvis, o įkrovimo kiekis yra proporcingas sunkiojo objekto masei. 1881 m. atvirkštinis pjezoelektrinis efektas buvo iliustruotas grafiškai; kai kristalui buvo taikoma įtampa, kristalas deformavosi dėl grotelių padermės, kurią sukelia pjezoelektrinis poveikis. Kai įtampa atbuline eiga, įtampa taip pat atbuline eiga. Todėl pjezoelektrinis poveikis veikia kaip grandinės ir kristalo mechaninių savybių sukabinimas. Tinkamomis sąlygomis „geras“ pjezoelektrinis rezonatorius gali stabilizuoti osciliatoriaus grandinės dažnį.
Iš 32 kristalų tipų 20 turi pjezoelektrinį poveikį (tačiau iš 20 tik keletas yra naudingi). Pjezoelektriniai kristalai neturi simetrijos centro. Kai jėga deformuoja kristalų groteles, teigiamų ir neigiamų kristalų krūvių svorio centras gali būti atskirtas, kad susidarytų paviršiaus krūviai. Paveiksle parodytas kristalo pjezoelektrinio poveikio pavyzdys (pagal Kelvino kokybinį modelį). Kiekvienas silicio atomas yra + ženklas, o kiekvienas deguonies atomas yra ženklas. Kai kristalas yra pailgos Y kryptimi dėl įtampos, neigiamas krūvis juda į kairę, o teigiamas krūvis juda į dešinę (išilgai X ašies). Gamins pjezoelektrinį poveikį.
Taip pat elektrotriction egzistuoja visose dielektrinėse kietose medžiagose. Antrinė deformacija taikomame elektriniame lauke (nors pjezoelektrinis efektas yra tiesinis; atbuline eiga elektriniame lauke deformacija taip pat pasikeis) dalinė elektrostrija, silpno elektrinio lauko pakeitimas yra ant pastovaus komponento, šis reiškinys yra toks pat kaip linijinis pjezoelektrinis ekvivalentas; šis metodas gali būti naudojamas ne pjezoelektriniams kvarco kristalams, pvz., Siliciui, tačiau sukabinimas priklauso nuo už ašies.
Pjezoelektriniai kristalai plokščių ir pradų pavertimo šilumos ar garso komponentams
Pjezoelektrinis efektas yra linijinis. Elektrinio lauko atbulinė eiga sukelia įtampos, pvz., mechaninės deformacijos, atbulinę eigą. Elektromechaninis (taip pat vadinamas pjezoelektriniu) sukabinimo koeficientas k yra svarbi pjezoelektrinių medžiagų savybė; k diapazonas yra nuo 0 iki 1, ir jis yra be matmenų, pavyzdžiui k = 8,8% AT supjaustyti kvarco kristalai, o SC supjaustyti kvarco kristalai turi k ≈ 4,99%. Šis koeficientas gali nustatyti pjezoelektrinės konversijos efektyvumą ir yra lemiamas veiksnys įrangai, pvz., filtro pralaidumui ar dideliems rezonatoriams.
Pjezoelektrinių elementų veikimo dažniniai režimai ir taikomosios srities
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas kūno bangos (BAW) judesio modelis. AT supjaustyti ir SC supjaustyti rezonatoriai dažnai išnaudoja šią bangos režimo struktūrą. Pagrindinės harmoninio režimo dalys virš 100 MHz gali būti chemiškai poliruotos, difuzijos kontroliuojamas šlapias ofortas, plazmos oforto ar jonų frezavimo technologijos. Žemiau 1 MHz dažniuose dalys naudojamos kaip tiuningo šakutės, X-Y ir NT pjovimo režimai. Dėl mažo dydžio ir pigių derinimo šakučių platus naudavimo spektras leidžia kurti žemų dažnių jaukinius, o garso bangų sklidimo greitis akustinėse medžiagose gali būti apie 3000 m/s.
Pjezoelektrinio poveikio taikymas ir principas: pjezoelektrinio poveikio principas yra tas, kad jei slėgis taikomas pjezoelektrinėms medžiagoms, jis sukels potencialų skirtumą, o priešingai, jei bus naudojama įtampa, jis sukels mechaninį stresą. Jei slėgis yra aukšto dažnio vibracija, jis sukurs aukšto dažnio srovę. Kai pjezoelektrinė keramika veikia aukšto dažnio elektrinius signalus, generuojami aukšto dažnio akustiniai signalai (mechaninė vibracija), kuriuos vadiname ultragarso signalais. Kitaip tariant, pjezoelektrinė keramika atlieka mechaninės energijos ir elektros energijos konversijos ir atvirkštinio konvertavimo funkciją, ir ši abipusė korespondencija yra labai įdomi.
Pjezoelektrinės medžiagos: tipai ir jų galią formuojančios savybės
Pjezoelektrinės medžiagos gali generuoti elektrinius laukus dėl mechaninės deformacijos, arba mechaninės deformacijos dėl elektrinių laukų veikimo. Šis būdingas mechaninis-elektrinis sukabinimo efektas daro pjezoelektrines medžiagas plačiai naudojamas inžinerijoje, pavyzdžiui, pažangioms konstrukcijoms gaminti, su savidiagnostika ir savęs taisymo galimybėmis.
Pjezoelektrinio efekto taikymas: šiose srityse pjezoelektrinės medžiagos skirstomos į dvi kategorijas: vibracijos energiją ir ultragarso vibracijos energiją; taip pat elektros energijos keitiklio programas, įskaitant elektro-akustinius, hidro-akustinius ir ultragarso keitiklius bei įvairias jutiklių ir pavaros taikymo sritis. Keitikliai paverčia mekaninę vibraciją į elektrinį signalą arba atvirkščiai - elektrinę energiją į mechaninę vibraciją. Pjezoelektrinių polimerų elektroakustinių prietaisų tyrimai daugiausia orientuoti į polimerų savybių panaudojimą kurti prietaisus su specialiomis elektroakustinėmis funkcijomis.
Pramoniniai ir robotiniai taikymo pavyzdžiai
Ultragarso jutikliai plačiai taikomi robotikoje: ultragarso siųstuvas ir imtuvas su laiko grandine leidžia apskaičiuoti atstumus ir aptikti kliūtis. Ultragarso jutiklis apima keturias pagrindines dalis: ultragarso siųstuvą, ultragarso imtuvą, laiko grandinę ir valdymo grandinę. Jo principas: siųstuvas skleidžia impulsines garso bangas, o imtuvas fiksuoja aido signalo laiką, kurio dėka apskaičiamas atstumas.
Tokios technologijos reformuoja įvairias sritis: jutiklių taikymas roboto artumo ir navigacijos sistemose; pjezoelektrinė keramika ir keitikliai turi plačias galimybes jutiklių, variklių ir akustinių įrenginių srityse.
Priežiūra ir vienalaikės technologijos
Plokščiojo elemento veikimas remiasi per trumpą laiką įkaitinančia šiluma ir kontrolės galimybe, atsižvelgiant į akustinę ir elektroninę įrangą. Palyginti su kitomis technologijomis, pjezoelektriniai keramikiniai keitikliai gali būti naudojami didelės galios ultragarso apdirbimui ir biomedicininiuose jutikliuose, ypač ultragarso vaizdavime, dėl didelio elastingumo, plastiškumo ir gebėjimo prisitaikyti prie įvairių formų.
Smulkiagrūdė pjezoelektrinė keramika siekia pagerinti apdorojamumą, sumažinti keitiklio masę ir kainą, o sluoksnio storis ir išdėstymo tipai lemia šio skyriaus tobulinimą. Literatūroje nagrinėjami ir hidroakustiniai bei ultragarso keitiklių taikymo projektai, įskaitant biometrines ir radarų sistemas bei medžiagų tyrimus.
Dar keli įdomūs aspektai: taikymo įvairovė
Keitikliai ir jutikliai naudojami įvairiose srityse: pjezoelektriniai jutikliai (slėgio, pagreičio) ir pavarų, įskaitant pjezoelektrinių polimerų atvejus. Pavyzdžiui, pjezoelektrinių polimerų hidroakustiniai įrenginiai gali būti skirti kariniams tikslams, išplėsti į geofizinę aptarnavimą ir akustinių bangų bandymo įrangą. Pjezoelektriniai polimerai pasižymi dideliu elastiškumu, mažu tankiu ir paprastu gamybos procesu, todėl juos taikyti galima įvairiose formose - plokštėse, laminatuose, cilindruose ar net bendraašiai laiduose.
Jutiklių srityje pjezoelektriniai jutikliai gali būti kuriami kaip slėgio ir pagreičio jutikliai su atitinkamomis prailginimo grandinėmis, o jų išvestis priklauso nuo įtampos ir apskaičiuojamo pagreičio. Ultragarso sensoriai plėtoja naujas technologijas, kurios leidžia tiksliai fiksuoti atstumą ir objektų formas, kartu siūlydami savidiagnostikos ir savęs prisitaikymo funkcijas ateitinėje inžinerijoje.
