Aukšto -dažnio atsako slėgio jutiklis yra specialiai sukurtas įrenginys, skirtas aptikti aukšto-dažnio dinaminius slėgio pokyčius, plačiai pritaikytas aviacijos erdvėje, automobilių inžinerijoje, energetikoje ir pramonėje. Skirtingai nuo tradicinių slėgio jutiklių, jis turi savybiųpuikus atsako greitis, plati dažnių juosta, irdidelis jautrumas, leidžiantis realiuoju laiku-fiksuoti greitus slėgio svyravimus. Taigi jis tapo pagrindiniu slėgio matavimo įtaisu labai-dinamiškoje aplinkoje. Šiame straipsnyje mes išsamiau apžvelgsime jo veikimo principus, konstrukcijų dizainą ir tipinius pritaikymus įvairiose srityse, papildysime atitinkamomis diagramomis, iliustruojančiomis jo veikimo mechanizmą ir praktinius taikymo scenarijus.
Darbo principas
Aukšto{0}}dažnio atsako slėgio jutikliai paprastai veikia pagalpjezoelektrinis efektas. Pjezoelektrinės medžiagos (pvz., kvarcas ir PZT keramika) generuoja elektros krūvius tam tikromis kryptimis, kai jas veikia išorinės jėgos. Šių krūvių kaupimasis proporcingas taikomam slėgiui. Dėl itin greitos pjezoelektrinio efekto dinaminės reakcijos galimybės tokie jutikliai gali greitai užfiksuoti slėgio kitimo signalus.
Santykį tarp pjezoelektrinių medžiagų išėjimo krūvio ir slėgio galima išreikšti formule:Q = d × F (Q reiškia generuojamo krūvio kiekį; d reiškia pjezoelektrinį koeficientą; F reiškia taikomą jėgą.)
Ši formulė rodo, kad generuojamas krūvis didėja didėjant veikiančiai jėgai.
Kadangi pjezoelektrinių medžiagų sukuriami įkrovimo signalai yra labai silpni, norint konvertuoti signalus į išmatuojamus įtampos signalus, reikalinga didelės -impedanso stiprintuvo grandinė arba įkrovimo stiprintuvas. Įkrovimo stiprintuvai taip pat gali filtruoti žemo-dažnio triukšmą ir išlaikyti aukšto-dažnio slėgio pokyčio signalus.
Praktiškai silpnas pjezoelektrinio jutiklio išvestas elektrinis signalas pirmiausia įvedamas į stiprintuvą su didele įvesties varža. Po impedanso konvertavimo signalas gali būti toliau apdorojamas bendromis stiprinimo ir aptikimo grandinėmis, prieš perduodant jį į rodmenų prietaisus arba įrašymo įrenginius. Pagrindinis matavimo grandinės komponentas yra išankstinis stiprintuvas su didele įėjimo varža, kuris atlieka dvi pagrindines funkcijas:
Jutiklio didelės-impedanso išvesties konvertavimas į mažos-varža;
Silpno jutiklio elektrinio signalo stiprinimas.
Pirminiai stiprintuvai turi dvi įprastas grandinės konfigūracijas:
·Įtampos stiprintuvai su varžos grįžtamuoju ryšiu: Jų išėjimo įtampa yra proporcinga įėjimo įtampai (ty jutiklio išėjimui);
·Įkrovimo stiprintuvai su kondensatoriaus grįžtamuoju ryšiu: jų išėjimo įtampa yra proporcinga įėjimo įkrovai.
Pažymėtina, kad kabelio ilgio kitimo įtaka įkrovimo stiprintuvams yra nereikšminga. Šis pranašumas lėmė vis didesnį įkrovimo stiprintuvų taikymą.
Kaip parodyta lygiavertėje pjezoelektrinio jutiklio, prijungto prie stiprintuvo, grandinės schemoje (a pav. yra stiprintuvo grandinė, o paveiksle (b) yra lygiavertė grandinė), pjezoelektriniai jutikliai pasižymi puikiu aukšto{0}}dažnio atsaku. Tačiau kai pjezoelektrinį elementą veikianti jėga yra statinė, pirminio stiprintuvo išėjimo įtampa tampa lygi nuliui, -taip yra todėl, kad įkrovos nuteka per stiprintuvo įėjimo varžą ir paties jutiklio atsparumą nuotėkiui. Todėl pjezoelektriniai jutikliai negali būti naudojami statinei jėgai matuoti. Taip pat svarbu atkreipti dėmesį į tai, kad pjezoelektrinio jutiklio ir pirminio stiprintuvo jungiamasis kabelis negali būti pakeistas savavališkai, priešingu atveju atsiras matavimo paklaidos.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas įkrovos stiprintuvas, kuris dažnai naudojamas kaip pjezoelektrinio jutiklio įvesties grandinė. Jį sudaro grįžtamojo ryšio kondensatorius ir didelio stiprumo{1}}operacinis stiprintuvas. Teoriniai skaičiavimai rodo, kad net kai jungiamojo laido ilgis viršija 100 metrų, įkrovimo stiprintuvo jautrumas labai nesikeičia-tai ryškiausia jo savybė.
Pjezoelektriniai jutikliai turi prastą tiesiškumą matuojant žemą slėgį, daugiausia dėl jėgos perdavimo koeficiento netiesiškumo jutiklio jėgos{0}}guolio sistemoje. Norėdami tai išspręsti, jėgos perdavimo sistemai taikoma išankstinė apkrova (iš anksto įtempta jėga). Tai ne tik pašalina netiesiškumą, kai naudojamas žemo slėgio{3}}slėgis, bet ir pašalina tarpus ant vidinio ir išorinio jutiklio kontaktinių paviršių bei pagerina standumą. Visų pirma, pjezoelektriniai jutikliai gali matuoti tik tempimo jėgą, kintamą įtempimo{5}}suspaudimo jėgą, šlyties jėgą ir sukimo momentą po išankstinio apkrovimo.
Struktūrinis projektavimas
Aukšto{0}}dažnio atsako slėgio jutiklių konstrukcija turi atitikti aukšto-dažnio ir didelio{2}}tikslumo dinaminio slėgio matavimo reikalavimus. Jų struktūrą paprastai sudaro šie pagrindiniai komponentai:
Pjezoelektrinis elementas: Kaip šerdies jutimo medžiaga, ji paprastai gaminama iš greito atsako ir gero terminio stabilumo medžiagų, tokių kaip kvarcas arba PZT keramika. Jo forma gali būti cilindrinė, lakšto{1}}arba kūginė, atsižvelgiant į konkrečius taikymo scenarijus.
Mechaninės transmisijos komponentas: Slėgio signalai į pjezoelektrinį elementą paprastai perduodami per mechaninius perdavimo komponentus (pvz., diafragmas arba izoliacinius sluoksnius). Šie komponentai turi būti ypač tvirti ir patvarūs, kad būtų užtikrintas neslopinamas aukšto dažnio slėgio perdavimas.
Būstas: jutiklio korpusas paprastai pagamintas iš metalinių medžiagų (pvz., nerūdijančio plieno arba titano lydinio), kad būtų pritaikytas atšiaurioms aplinkoms. Jis turi būti gerai sandarus, kad būtų išvengta išorinių veiksnių (tokių kaip drėgmė ar ėsdinančios dujos) trikdžių jutiklio veikimui.
Švino viela: Signalo išvestyje paprastai naudojami bendraašiai kabeliai arba mikro jungtys, kad būtų užtikrintas signalo vientisumas ir atsparumas{0}}trukdžiams.
Tipinės programos
Aukšto{0}}dažnio atsako slėgio jutikliai gali būti pritaikyti toliau nurodytais pagrindiniais scenarijais
Oro erdvė
Bandant aero{0}}variklius, jie naudojami slėgio pokyčiams aplink turbinos mentes stebėti, siekiant įvertinti variklio veikimo būseną ir stabilumą. Be to, jie naudojami matuoti smūginės bangos slėgio pasiskirstymą viršgarsiniame oro sraute.
Automobilių pramonė
Jie plačiai naudojami degimo slėgio matavimui, ypač analizuojant variklio detonaciją ir degimo kameros slėgio svyravimus. Tokie duomenys yra labai svarbūs siekiant optimizuoti variklio veikimą ir sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį.
Energetikos sektorius
Vėjo turbinose, dujų turbinose ir hidroelektrinėse jie stebi pagrindinių komponentų dinaminį slėgį, kad nustatytų galimus mechaninius gedimus ar veikimo anomalijas.
Pramonės stebėjimas
Jie gali stebėti didelio greičio{0}}skysčių srauto slėgio pulsavimą pramoninėje įrangoje, pvz., dujų srautą cheminių medžiagų vamzdynuose arba impulsų slėgio bangas skysčių tiekimo vamzdynuose.
Privalumai ir iššūkiai
Privalumai:
Greitas Reagavimas: Gali fiksuoti slėgio svyravimus milisekundžių ar net mikrosekundžių lygiu.
Plati dažnių juosta: veikia dažnių diapazone nuo šimtų Hz iki dešimčių kHz ar net MHz.
Didelis tikslumas: Tinka itin mažiems slėgio pokyčio signalams fiksuoti.
Iššūkiai:
Signalo slopinimas: aukšto{0}}dažnio signalai yra linkę susilpnėti perdavimo metu, todėl reikia specialiai sukurtų žemo-triukšmo grandinių.
Aplinkos kišimasis: Aplinkos sąlygos, pvz., aukšta temperatūra ir didelė drėgmė, gali turėti įtakos pjezoelektrinių medžiagų veikimui.
Didelė kaina: didelio našumo{0}}medžiagos ir sudėtingas dizainas sąlygoja palyginti dideles gamybos sąnaudas.
Ateities plėtros tendencijos
Nuolat tobulėjant jutiklių technologijai, aukšto{0}}dažnio slėgio jutiklių kūrimo kryptys apima:
Naujų medžiagų tyrimai ir plėtra: Pažangių pjezoelektrinių medžiagų kūrimas su didesniais pjezoelektriniais koeficientais ir platesniu temperatūros pritaikymo diapazonu.
Miniatiūrinis dizainas: mažesnio-dydžio ir didesnio-jautrumo jutikliai naudojant MEMS (mikro-elektro-mechaninių sistemų) technologiją.
Protinga integracija: aukšto{0}}dažnio atsako slėgio jutiklių integravimas su belaidžiu perdavimo ir duomenų analizės algoritmais, kad būtų galima stebėti realiuoju laiku ir išmaniai diagnozuoti gedimus.
Patobulintas prisitaikymas prie aplinkos: jutiklių patikimumo gerinimas ekstremaliose aplinkose, pvz., itin-aukštoje temperatūroje, aukštame slėgyje ar stiprios korozijos sąlygomis.
Aukšto -dažnio atsako slėgio jutikliai yra svarbūs dinaminio slėgio matavimo įrankiai. Dėl pjezoelektrinio efekto{2}}principo ir didelio jautrumo bei didelio Nuolat tobulinant medžiagų ir konstrukcijų dizainą, kartu su intelektualumo ir miniatiūrizavimo tendencijomis, aukšto -dažnio atsako slėgio jutikliai ateityje bus pritaikyti daugiau.
Apie mūsų gaminius
Kalbant apie aukšto-dažnio atsako pjezoelektrinius slėgio jutiklius, mūsų įmonė „Mihui“ teikia tikslinius sprendimus, atitinkančius jūsų taikomųjų programų poreikius. Siūlome 4 mm / 6 mm pjezoelektrinius slėgio jutiklius, kurie kaip jutimo elementus naudoja didelio našumo{4}}pjezoelektrinius kristalus. Išnaudodami pjezoelektrinį efektą, jie slėgio signalus paverčia elektriniais signalais išvesties.
Keitiklio diafragma pagaminta iš korozijai atsparaus -17-4PH nerūdijančio plieno, todėl užtikrinamas platus terpės suderinamumas tiek su dujomis, tiek su suderinamais skysčiais. Itin-kompaktiškas dizainas leidžia lengvai integruoti į-ribotos erdvės sistemas neprarandant našumo. Pažangi įmontuota -temperatūros kompensavimo technologija garantuoja puikų ilgalaikį-stabilumą-su mažesniu nei 0,1 % FS per metus dreifavimu plačiame darbinės temperatūros diapazone.
Nepriklausomai nuo jūsų reikalavimų jutikliui, nedvejodami kreipkitės į „Mihui“.
