एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर क्या है? सर्किट आरेख, कार्य और अनुप्रयोग

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हमारे दिन-प्रतिदिन के जीवन में, हम विभिन्न स्थितियों में आते हैं जहां हमें भौतिक मात्राओं को मापना पड़ता है जैसे कि धातु, तापमान स्तर, दबाव स्तर आदि पर लागू यांत्रिक तनाव ... इन सभी अनुप्रयोगों के लिए हमें एक उपकरण की आवश्यकता होती है जो इन अज्ञात मात्रा को इकाइयों में माप सके और हमें परिचित अंशांकन। ऐसा ही एक उपकरण जो हमारे लिए सबसे उपयोगी है ट्रांसड्यूसर । ट्रांसड्यूसर एक विद्युत उपकरण है जो किसी भी प्रकार की भौतिक मात्रा को आनुपातिक विद्युत मात्रा के रूप में या तो वोल्टेज के रूप में परिवर्तित कर सकता है बिजली का करंट विभिन्न प्रकार के ट्रांसड्यूसर के बड़े पूल से, इस लेख के बारे में व्याख्या करना है पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर क्या है?

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की परिभाषा है एक विद्युत ट्रांसड्यूसर जो किसी भी रूप में परिवर्तित हो सकता है एक विद्युत संकेत में भौतिक मात्रा , जिसका उपयोग माप के लिए किया जा सकता है। एक विद्युत ट्रांसड्यूसर जो भौतिक संकेतों में भौतिक मात्रा में रूपांतरण के लिए पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के गुणों का उपयोग करता है, एक के रूप में जाना जाता है पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर।




पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

Piezoelectric सामग्री की संपत्ति का प्रदर्शन पीजोइलेक्ट्रिसिटी , जिसके अनुसार किसी भी प्रकार के यांत्रिक तनाव या तनाव के आवेदन पर विद्युत वोल्टेज की पीढ़ी को लागू तनाव के समानुपाती होता है। यह उत्पादित विद्युत वोल्टेज को वोल्टेज का उपयोग करके मापा जा सकता है मापन उपकरण सामग्री पर लागू तनाव या तनाव के मूल्य की गणना करने के लिए।



Piezoelectric सामग्री के प्रकार

पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के कुछ प्रकार हैं:

प्राकृतिक रूप से उपलब्ध वन: क्वार्ट्ज, रोशेल नमक, पुखराज, टूमलाइन-समूह खनिज, और कुछ कार्बनिक पदार्थ जैसे रेशम, लकड़ी, तामचीनी, हड्डी, बाल, रबर, डेंटिन। कृत्रिम रूप से बनाती है पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री Polyvinylidene difluoride, PVDF या PVF2, बेरियम टाइटानेट, लेड टाइटनेट, लेड जिरकोनेट टाइटानेट (PZT), पोटेशियम नाइओबेट, लिथियम नाइओबेट, लीथियम टैंलेट, और अन्य लेड-फ्री पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक हैं।

सभी पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का उपयोग नहीं किया जा सकता है पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर । ट्रांसड्यूसरों के रूप में उपयोग की जाने वाली पाईज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों से कुछ आवश्यकताओं को पूरा किया जाना है। माप उद्देश्य के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में आवृत्ति स्थिरता, उच्च आउटपुट मान, अत्यधिक तापमान और आर्द्रता की स्थिति के लिए असंवेदनशील होना चाहिए और जो विभिन्न आकारों में उपलब्ध हो सकते हैं या उनके गुणों को परेशान किए बिना विभिन्न आकारों में निर्मित होने के लिए लचीला होना चाहिए।


दुर्भाग्य से, कोई पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री नहीं है जिसमें ये सभी गुण हैं। क्वार्ट्ज एक अत्यधिक स्थिर क्रिस्टल है जो स्वाभाविक रूप से उपलब्ध है लेकिन इसमें छोटे उत्पादन स्तर हैं। धीरे-धीरे अलग-अलग मापदंडों को क्वार्ट्ज के साथ मापा जा सकता है। रोशेल नमक उच्चतम उत्पादन मूल्य देता है, लेकिन यह पर्यावरण की स्थिति के प्रति संवेदनशील है और इसे 1150F से ऊपर संचालित नहीं किया जा सकता है।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर वर्किंग

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर पीजोइलेक्ट्रिसिटी के सिद्धांत के साथ काम करता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के चेहरे, सामान्य क्वार्ट्ज, चांदी जैसी सामग्री के संचालन की एक पतली परत के साथ लेपित है। जब तनाव ने आयनों को पदार्थ में ले जाया जाता है, तो दूसरे से दूर जाते समय, कंडक्टर की सतह की ओर बढ़ता है। इसके परिणामस्वरूप पीढ़ी उत्पन्न होती है। इस चार्ज का उपयोग तनाव के अंशांकन के लिए किया जाता है। उत्पादित चार्ज की ध्रुवीयता लागू तनाव की दिशा पर निर्भर करती है। तनाव को सी के रूप में दो रूपों में लागू किया जा सकता है तनावपूर्ण तनाव तथा तन्यता तनाव नीचे दिखाए गए रूप में।

एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का कार्य करना

एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का कार्य करना

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर फॉर्मूला

क्रिस्टल का अभिविन्यास भी उत्पन्न वोल्टेज की मात्रा को प्रभावित करता है। एक ट्रांसड्यूसर में क्रिस्टल को व्यवस्थित किया जा सकता है अनुदैर्ध्य स्थिति या अनुप्रस्थ स्थिति

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर फॉर्मूला

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर फॉर्मूला

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ प्रभाव

अनुदैर्ध्य प्रभाव में, उत्पन्न चार्ज द्वारा दिया जाता है

क्यू = एफ * डी

जहां एफ लागू बल है, डी क्रिस्टल का पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक है।

क्वार्ट्ज क्रिस्टल के पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक डी लगभग 2.3 * 10 है-12सी / एन।

अनुप्रस्थ प्रभाव में, उत्पन्न चार्ज द्वारा दिया जाता है

क्यू = एफ * डी * (बी / ए)

जब अनुपात b / a 1 से अधिक है अनुप्रस्थ व्यवस्था द्वारा उत्पादित आवेश अनुदैर्ध्य व्यवस्था द्वारा उत्पन्न राशि से अधिक होगा।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर सर्किट

एक बुनियादी पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के काम को नीचे दिए गए आंकड़े से समझाया जा सकता है।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर सर्किट

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर सर्किट

यहां चांदी के साथ कोटेड क्वार्ट्ज क्रिस्टल का उपयोग एक वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए एक सेंसर के रूप में किया जाता है जब उस पर तनाव लागू होता है। एक चार्ज एम्पलीफायर का उपयोग अपव्यय के बिना उत्पादित चार्ज को मापने के लिए किया जाता है। बहुत कम धारा खींचने के लिए प्रतिरोध R1 बहुत अधिक है। लीड तार की समाई जो ट्रांसड्यूसर को जोड़ती है और पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर अंशांकन को भी प्रभावित करता है। तो चार्ज एम्पलीफायर आमतौर पर सेंसर के बहुत पास रखा जाता है।

तो एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर में जब यांत्रिक तनाव लागू किया जाता है तो एक आनुपातिक विद्युत वोल्टेज उत्पन्न होता है जिसे चार्ज एम्पलीफायर का उपयोग करके प्रवर्धित किया जाता है और लागू तनाव के अंशांकन के लिए उपयोग किया जाता है।

पीजोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर

अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर कांसेप्ट के सिद्धांत पर काम करता है पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव । इस आशय में जब बिजली को एक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के लिए लागू किया जाता है, तो यह लागू आवेश के आनुपातिक विकृति से गुजरता है। का सर्किट अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर नीचे दिया गया है।

अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर

यहां ही क्वार्ट्ज क्रिस्टल दो धातु प्लेटों A और B के बीच रखा जाता है जो ट्रांसफार्मर के प्राथमिक L3 से जुड़े होते हैं। ट्रांसफॉर्मर का प्राथमिक रूप से युग्मित है इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला । कॉयल एल 1 और एल 2, जो ट्रांसफार्मर के माध्यमिक बनाता है, इलेक्ट्रॉनिक ऑसिलेटर से जुड़े होते हैं।

जब बैटरी को चालू किया जाता है, तो ऑसिलेटर एक आवृत्ति f = 1 ÷ (21L1C1) के साथ उच्च आवृत्ति वाले वैकल्पिक वोल्टेज दालों का उत्पादन करता है। इसके कारण, E3.f को L3 में प्रेरित किया जाता है जो प्लेट A और B के माध्यम से क्वार्ट्ज क्रिस्टल में स्थानांतरित हो जाता है। पियुज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण क्रिस्टल का संकुचन और वैकल्पिक रूप से विस्तार करना शुरू हो जाता है जिससे यांत्रिक कंपन पैदा होते हैं।

की आवृत्ति होने पर अनुनाद होता है इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला क्वार्ट्ज की प्राकृतिक आवृत्ति के बराबर है। इस बिंदु पर, क्वार्ट्ज का उत्पादन होता है अनुदैर्ध्य अल्ट्रासोनिक तरंगों बड़े आयाम के।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर अनुप्रयोग

  • चूंकि पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री स्थैतिक मूल्यों को माप नहीं सकती हैं, इसलिए इनका उपयोग मुख्य रूप से सतह खुरदरापन को मापने के लिए किया जाता है, एक्सेलेरोमीटर में और कंपन पिकअप के रूप में।
  • में उनका उपयोग किया जाता है सीस्मोग्राफ रॉकेट में कंपन को मापने के लिए।
  • तनाव गेज में बल, तनाव, कंपन आदि को मापने के लिए…
  • इंजनों में विस्फोट को मापने के लिए मोटर वाहन उद्योगों द्वारा उपयोग किया जाता है।
  • में इनका उपयोग किया जाता है अल्ट्रासोनिक इमेजिंग चिकित्सा अनुप्रयोगों में।

पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के लाभ और सीमाएं

पीज़ोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के फायदे और सीमाओं में निम्नलिखित शामिल हैं।

लाभ

  • ये सक्रिय ट्रांसड्यूसर हैं यानी इन्हें काम करने के लिए बाहरी शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है और इसलिए ये स्व-उत्पादक होते हैं।
  • इन ट्रांसड्यूसर की उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छा विकल्प बनाती है।

सीमाओं

  • तापमान और पर्यावरण की स्थिति ट्रांसड्यूसर के व्यवहार को प्रभावित कर सकती है।
  • वे केवल बदलते दबाव को माप सकते हैं इसलिए स्थैतिक मापदंडों को मापते समय वे बेकार हैं।

इस प्रकार, यह सब के बारे में है पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर , कार्य सिद्धांत, सूत्र, कार्य के साथ सर्किट, लाभ, सीमाएं, और अनुप्रयोग भी। उपरोक्त जानकारी से, पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के विभिन्न अनुप्रयोग हैं जैसा कि हमने चर्चा की है। किस एप्लिकेशन के लिए आपने पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया है? आपका अनुभव कैसा रहा?